III. Βασικές αρχές ηλεκτροδυναμικής

Θέμα 1.1 ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΦΟΡΤΙΕΣ.

Ενότητα 1 ΒΑΣΕΙΣ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ

1. Ηλεκτρισμός σωμάτων. Η έννοια του μεγέθους του φορτίου.

Ο νόμος της διατήρησης του φορτίου.

2. Δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ φορτίων.

ο νόμος του Κουλόμπ.

3. Διηλεκτρική διαπερατότητα του μέσου.

4. Διεθνές σύστημα μονάδων στην ηλεκτρική ενέργεια.

1. Ηλεκτροκίνηση τηλ. Η έννοια του μεγέθους του φορτίου.

Ο νόμος της διατήρησης του φορτίου.

Εάν δύο επιφάνειες έρθουν σε στενή επαφή, τότε διαθέσιμος μετάβαση ηλεκτρονίων από τη μια επιφάνεια στην άλλη, ενώ σε αυτές τις επιφάνειες εμφανίζονται ηλεκτρικά φορτία.

Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΣΜΟΣ. Κατά τη διάρκεια της τριβής, η περιοχή της στενής επαφής των επιφανειών αυξάνεται και το μέγεθος του φορτίου στην επιφάνεια αυξάνεται επίσης - αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ΗΛΕΚΤΡΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕ ΤΡΙΒΗ.

Κατά τη διαδικασία της ηλεκτροδότησης, συμβαίνει μια ανακατανομή των φορτίων, με αποτέλεσμα και οι δύο επιφάνειες να φορτίζονται με ίσα σε μέγεθος, αντίθετα σε πρόσημο φορτία.

Επειδή όλα τα ηλεκτρόνια έχουν τα ίδια φορτία (αρνητικά) e \u003d 1,6 10 C, τότε για να προσδιορίσετε το φορτίο στην επιφάνεια (q), πρέπει να γνωρίζετε πόσα ηλεκτρόνια είναι σε περίσσεια ή έλλειψη στην επιφάνεια (N) και το φορτίο ενός ηλεκτρονίου.

Στη διαδικασία της ηλεκτροδότησης, νέα φορτία δεν εμφανίζονται ούτε εξαφανίζονται, αλλά μόνο εμφανίζονται. ανακατανομήμεταξύ σωμάτων ή μερών του σώματος, επομένως το συνολικό φορτίο ενός κλειστού συστήματος σωμάτων παραμένει σταθερό, αυτή είναι η έννοια του ΝΟΜΟΥ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗΣ ΤΟΥ ΧΡΕΩΣΕΩΣ.

2. Δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ φορτίων.

ο νόμος του Κουλόμπ.

Τα ηλεκτρικά φορτία αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, βρίσκονται σε απόσταση, ενώ τα όμοια φορτία απωθούνται και σε αντίθεση με τα φορτία έλκονται.

Το ανακάλυψα για πρώτη φορά έμπειροςαπό την οποία εξαρτάται η δύναμη της αλληλεπίδρασης μεταξύ των φορτίων, ο Γάλλος επιστήμονας Coulomb και συνήγαγε έναν νόμο που ονομάζεται νόμος του Coulomb. Ο θεμελιώδης νόμος δηλ. με βάση τις εμπειρίες. Κατά την εξαγωγή αυτού του νόμου, ο Coulomb χρησιμοποίησε ένα ζυγό στρέψης.

3) k - συντελεστής που εκφράζει την εξάρτηση από το περιβάλλον.

Ο τύπος του νόμου του Coulomb.

Η δύναμη αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο φορτίων σταθερού σημείου είναι ευθέως ανάλογη με το γινόμενο των μεγεθών αυτών των φορτίων και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο των αποστάσεων μεταξύ τους και εξαρτάται από το περιβάλλον στο οποίο βρίσκονται αυτά τα φορτία και κατευθύνεται κατά μήκος του ευθεία γραμμή που συνδέει τα κέντρα αυτών των φορτίων.

3. Διηλεκτρική διαπερατότητα του μέσου.

E είναι η διηλεκτρική σταθερά του μέσου, εξαρτάται από το μέσο που περιβάλλει τα φορτία.

E \u003d 8,85 * 10 - φυσική σταθερά, διαπερατότητα κενού.

E - σχετική διαπερατότητα του μέσου, δείχνει πόσες φορές η δύναμη αλληλεπίδρασης μεταξύ σημειακών φορτίων στο κενό είναι μεγαλύτερη από ό,τι σε ένα δεδομένο μέσο. Στο κενό, η ισχυρότερη αλληλεπίδραση μεταξύ φορτίων.

4. Διεθνές σύστημα μονάδων ηλεκτρικής ενέργειας.

Η βασική μονάδα ηλεκτρικής ενέργειας στο σύστημα SI είναι ρεύμα σε 1A, όλες οι άλλες μονάδες μέτρησης προέρχονται από 1Ampere.

1Cl - η ποσότητα του ηλεκτρικού φορτίου που μεταφέρεται από φορτισμένα σωματίδια μέσω της διατομής του αγωγού με ένταση ρεύματος 1Α για 1 δευτερόλεπτα.

q=N;

Θέμα 1.2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

1. Ηλεκτρικό πεδίο - ως ειδικό είδος ύλης.

6. Σχέση διαφοράς δυναμικού και έντασης ηλεκτρικού πεδίου.

1. Ηλεκτρικό πεδίο - ως ειδικό είδος ύλης.

Στη φύση, ως είδος ύλης, υπάρχει ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Σε διαφορετικές περιπτώσεις, το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο εκδηλώνεται με διαφορετικούς τρόπους, για παράδειγμα, κοντά σε σταθερά φορτία, εκδηλώνεται μόνο ένα ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο ονομάζεται ηλεκτροστατικό. Κοντά σε φορτία κινητών, μπορεί κανείς να ανιχνεύσει τόσο ηλεκτρικά όσο και μαγνητικά πεδία, τα οποία μαζί αντιπροσωπεύουν ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕΔΙΑ.

Εξετάστε τις ιδιότητες των ηλεκτροστατικών πεδίων:

1) Ένα ηλεκτροστατικό πεδίο δημιουργείται από σταθερά φορτία, τέτοια πεδία μπορούν να ανιχνευθούν

με τη βοήθεια δοκιμαστικών φορτίων (μικρό θετικό φορτίο), επειδή μόνο πάνω τους το ηλεκτρικό πεδίο ασκεί δράση δύναμης, η οποία υπακούει στο νόμο του Κουλόμπ.

2. Ένταση ηλεκτρικού πεδίου.

Το ηλεκτρικό πεδίο ως είδος ύλης έχει ενέργεια, μάζα, διαδίδεται στο χώρο με πεπερασμένη ταχύτητα και δεν έχει θεωρητικά όρια.

Στην πράξη, θεωρείται ότι δεν υπάρχει πεδίο εάν δεν έχει αισθητή επίδραση στις χρεώσεις δοκιμής.

Δεδομένου ότι το πεδίο μπορεί να ανιχνευθεί χρησιμοποιώντας μια ενέργεια δύναμης στα δοκιμαστικά φορτία, το κύριο χαρακτηριστικό του ηλεκτρικού πεδίου είναι ένταση.

Εάν εισαχθούν δοκιμαστικά φορτία διαφορετικών μεγεθών στο ίδιο σημείο του ηλεκτρικού πεδίου, τότε υπάρχει ευθέως αναλογική σχέση μεταξύ της ενεργού δύναμης και του μεγέθους του φορτίου δοκιμής.

Ο συντελεστής αναλογικότητας μεταξύ της ενεργού δύναμης και του μεγέθους του φορτίου είναι η ένταση E.

E \u003d - τύπος για τον υπολογισμό της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου, εάν q \u003d 1 C, τότε | e | = | F |

Η τάση είναι χαρακτηριστικό ισχύος των σημείων του ηλεκτρικού πεδίου, επειδή είναι αριθμητικά ίση με τη δύναμη που ασκείται σε φορτίο 1 C σε ένα δεδομένο σημείο του ηλεκτρικού πεδίου.

Η τάση είναι ένα διανυσματικό μέγεθος, το διάνυσμα της έντασης συμπίπτει κατά κατεύθυνση με το διάνυσμα δύναμης που ενεργεί σε ένα θετικό φορτίο σε ένα δεδομένο σημείο του ηλεκτρικού πεδίου.

3. Γραμμές έντασης ηλεκτρικού πεδίου. Ομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο.

Προκειμένου να απεικονιστεί το ηλεκτρικό πεδίο, δηλ. γραφικά, χρησιμοποιήστε γραμμές έντασης ηλεκτρικού πεδίου. Αυτές είναι τέτοιες γραμμές, που αλλιώς ονομάζονται γραμμές δύναμης, οι εφαπτομένες στις οποίες συμπίπτουν κατά κατεύθυνση με τα διανύσματα έντασης στα σημεία του ηλεκτρικού πεδίου από τα οποία διέρχονται αυτές οι γραμμές,

Οι γραμμές τάσης έχουν τις ακόλουθες ιδιότητες:

1) Ξεκινήστε από τη θέση. οι χρεώσεις τελειώνουν - σε αρνητικό, ή ξεκινούν με θετικό. φορτίζει και πηγαίνει στο άπειρο, ή προέρχεται από το άπειρο και τελειώνει με θετικά φορτία..

2) Αυτές οι γραμμές είναι συνεχείς και δεν τέμνονται πουθενά.

3) Η πυκνότητα γραμμής (αριθμός γραμμών ανά μονάδα επιφάνειας) και η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου βρίσκονται σε άμεση και αναλογική σχέση.

Σε ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο, η ένταση σε όλα τα σημεία του πεδίου είναι ίδια· γραφικά, τέτοια πεδία απεικονίζονται με παράλληλες γραμμές σε ίση απόσταση μεταξύ τους. Ένα τέτοιο πεδίο μπορεί να ληφθεί μεταξύ δύο παράλληλων επίπεδων φορτισμένων πλακών σε μικρή απόσταση μεταξύ τους.

4. Εργαστείτε για την κίνηση του φορτίου σε ένα ηλεκτρικό πεδίο.

Ας τοποθετήσουμε ένα ηλεκτρικό φορτίο σε ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο. Οι δυνάμεις θα ενεργήσουν στο γόμωση από την πλευρά του γηπέδου. Εάν η φόρτιση μετακινηθεί, μπορεί να γίνει εργασία.

Τέλεια δουλειά στα οικόπεδα:

A \u003d q E d - τύπος για τον υπολογισμό του έργου της κίνησης ενός φορτίου σε ένα ηλεκτρικό πεδίο.

Συμπέρασμα: Το έργο της μετακίνησης ενός φορτίου σε ένα ηλεκτρικό πεδίο δεν εξαρτάται από το σχήμα της τροχιάς, αλλά εξαρτάται από την ποσότητα του φορτίου που μετακινείται (q), την ένταση του πεδίου (E), καθώς και από την επιλογή του σημεία έναρξης και λήξης κίνησης (δ).

Εάν ένα φορτίο σε ένα ηλεκτρικό πεδίο κινηθεί κατά μήκος ενός κλειστού κυκλώματος, τότε η εργασία που θα γίνει θα είναι ίση με 0. Τέτοια πεδία ονομάζονται δυναμικά πεδία. Τα σώματα σε τέτοια πεδία έχουν δυναμική ενέργεια, δηλ. ένα ηλεκτρικό φορτίο σε οποιοδήποτε σημείο του ηλεκτρικού πεδίου έχει ενέργεια και η εργασία που γίνεται στο ηλεκτρικό πεδίο είναι ίση με τη διαφορά των δυνητικών ενεργειών του φορτίου στο αρχικό και στο τελικό σημείο κίνησης.

5. Δυνατότητα. Πιθανή διαφορά. Τάση.

Αν σε ένα δεδομένο σημείο του ηλεκτρικού πεδίου τοποθετηθούν φορτία διαφορετικών μεγεθών, τότε η δυναμική ενέργεια του φορτίου και το μέγεθός του είναι σε ευθεία αναλογία.

-(phi) δυναμικό σημείου ηλεκτρικού πεδίου

αποδέχομαι

Το δυναμικό είναι ενεργειακό χαρακτηριστικό των σημείων του ηλεκτρικού πεδίου, γιατί ισούται αριθμητικά με τη δυναμική ενέργεια ενός φορτίου 1 C σε ένα δεδομένο σημείο του ηλεκτρικού πεδίου.

Σε ίσες αποστάσεις από ένα σημειακό φορτίο, τα δυναμικά των σημείων πεδίου είναι τα ίδια. Αυτά τα σημεία σχηματίζουν μια επιφάνεια ίσου δυναμικού και τέτοιες επιφάνειες ονομάζονται ισοδυναμικές επιφάνειες. Σε ένα επίπεδο είναι κύκλοι, στο διάστημα είναι σφαίρες.

Τάση

Τύποι υπολογισμού του έργου μετακίνησης φορτίου σε ηλεκτρικό πεδίο.

1V είναι η τάση μεταξύ των σημείων του ηλεκτρικού πεδίου όταν κινείται, στα οποία ένα φορτίο 1C λειτουργεί 1 J.

- ένας τύπος που καθορίζει τη σχέση μεταξύ της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου, της τάσης και της διαφοράς δυναμικού.

Η τάση είναι αριθμητικά ίση με τη διαφορά τάσης ή δυναμικού μεταξύ δύο σημείων του πεδίου που λαμβάνονται κατά μήκος της ίδιας γραμμής πεδίου σε απόσταση 1 m. Το πρόσημο (-) σημαίνει ότι το διάνυσμα της έντασης κατευθύνεται πάντα προς τα σημεία πεδίου με φθίνουσα δυνατότητα.

ο νόμος του Κουλόμπείναι ένας νόμος που περιγράφει τις δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ σημειακών ηλεκτρικών φορτίων.

Η μονάδα της δύναμης αλληλεπίδρασης δύο σημειακών φορτίων στο κενό είναι ευθέως ανάλογη με το γινόμενο των μονάδων αυτών των φορτίων και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους.

Διαφορετικά: Χρεώσεις δύο πόντων κενόενεργούν μεταξύ τους με δυνάμεις που είναι ανάλογες με το γινόμενο των μονάδων αυτών των φορτίων, αντιστρόφως ανάλογες με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους και κατευθύνονται κατά μήκος της ευθείας γραμμής που συνδέει αυτά τα φορτία. Αυτές οι δυνάμεις ονομάζονται ηλεκτροστατικές (Coulomb).

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι για να είναι αληθής ο νόμος, είναι απαραίτητο:

σημειακά φορτία - δηλαδή η απόσταση μεταξύ φορτισμένων σωμάτων είναι πολύ μεγαλύτερη από το μέγεθός τους - ωστόσο, μπορεί να αποδειχθεί ότι η δύναμη αλληλεπίδρασης δύο ογκομετρικά κατανεμημένων φορτίων με σφαιρικά συμμετρικές μη τέμνουσες χωρικές κατανομές είναι ίση με τη δύναμη αλληλεπίδρασης του δύο ισοδύναμα σημειακά φορτία που βρίσκονται στα κέντρα σφαιρικής συμμετρίας.

την ακινησία τους. Διαφορετικά, ισχύουν πρόσθετα αποτελέσματα: ένα μαγνητικό πεδίοχρέωση μετακίνησης και το αντίστοιχο πρόσθετο Δύναμη Lorentzενεργώντας σε άλλο κινούμενο φορτίο.

αλληλεπίδραση σε κενό.

Ωστόσο, με ορισμένες προσαρμογές, ο νόμος ισχύει επίσης για αλληλεπιδράσεις φορτίων σε ένα μέσο και για κινούμενα φορτία.

Σε διανυσματική μορφή, στη διατύπωση του S. Coulomb, ο νόμος γράφεται ως εξής:

πού είναι η δύναμη με την οποία το φορτίο 1 δρα στο φορτίο 2; - το μέγεθος των χρεώσεων. - διάνυσμα ακτίνας (διάνυσμα που κατευθύνεται από το φορτίο 1 στο φορτίο 2, και ίσο, σε συντελεστή, με την απόσταση μεταξύ των φορτίων - )· - συντελεστής αναλογικότητας. Έτσι, ο νόμος υποδεικνύει ότι τα ομώνυμα φορτία απωθούν (και τα αντίθετα φορτία έλκονται).

ΣΤΟ SGSE μονάδατο φορτίο επιλέγεται με τέτοιο τρόπο ώστε ο συντελεστής κισούται με ένα.

ΣΤΟ Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI)μια από τις βασικές μονάδες είναι η μονάδα ισχύς ηλεκτρικού ρεύματος αμπέρ, και η μονάδα χρέωσης είναι κρεμαστό κόσμημαείναι το παράγωγό του. Το αμπέρ ορίζεται με τέτοιο τρόπο ώστε κ= c 2 10 −7 gn/ m \u003d 8,9875517873681764 10 9 H m 2 / Cl 2 (ή Ф −1 m). Σε συντελεστή SI κγράφεται ως:

όπου ≈ 8,854187817 10 −12 F/m - ηλεκτρική σταθερά.

Το 1785, ο Γάλλος φυσικός Charles Auguste Coulomb καθιέρωσε πειραματικά τον βασικό νόμο της ηλεκτροστατικής - τον νόμο της αλληλεπίδρασης δύο ακίνητων σημειακών σωμάτων ή σωματιδίων.

Ο νόμος της αλληλεπίδρασης των ακίνητων ηλεκτρικών φορτίων - ο νόμος του Coulomb - είναι ο κύριος (θεμελιώδης) φυσικός νόμος. Δεν απορρέει από άλλους νόμους της φύσης.

Εάν ορίσουμε μονάδες φόρτισης ως |q 1 | και |q 2 |, τότε ο νόμος του Coulomb μπορεί να γραφτεί με την ακόλουθη μορφή:

όπου k είναι ο συντελεστής αναλογικότητας, η τιμή του οποίου εξαρτάται από την επιλογή των μονάδων ηλεκτρικού φορτίου. Στο σύστημα SI N m 2 / C 2, όπου ε 0 είναι μια ηλεκτρική σταθερά ίση με 8,85 10 -12 C 2 / N m 2

Η διατύπωση του νόμου:

Η δύναμη αλληλεπίδρασης δύο σημειακών ακίνητων φορτισμένων σωμάτων στο κενό είναι ευθέως ανάλογη με το γινόμενο των μονάδων φορτίου και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους.

Ο νόμος του Coulomb σε αυτή τη διατύπωση ισχύει μόνο για σημειακά φορτισμένα σώματα, αφού μόνο για αυτά η έννοια της απόστασης μεταξύ των φορτίων έχει μια ορισμένη σημασία. Δεν υπάρχουν σημειακά φορτισμένα σώματα στη φύση. Αν όμως η απόσταση μεταξύ των σωμάτων είναι πολλές φορές μεγαλύτερη από το μέγεθός τους, τότε ούτε το σχήμα ούτε το μέγεθος των φορτισμένων σωμάτων, όπως δείχνει η εμπειρία, δεν επηρεάζουν σημαντικά την μεταξύ τους αλληλεπίδραση. Στην περίπτωση αυτή, τα σώματα μπορούν να θεωρηθούν ως σημεία.

Είναι εύκολο να διαπιστώσουμε ότι δύο φορτισμένες μπάλες που αιωρούνται σε χορδές είτε έλκονται η μία την άλλη είτε απωθούν η μία την άλλη. Από αυτό προκύπτει ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης δύο ακίνητων σημειακώς φορτισμένων σωμάτων κατευθύνονται κατά μήκος της ευθείας γραμμής που συνδέει αυτά τα σώματα.

Τέτοιες δυνάμεις ονομάζονται κεντρικές. Αν υποδηλώσουμε τη δύναμη που ασκεί το πρώτο φορτίο από το δεύτερο και μέσω της δύναμης που ασκεί το δεύτερο φορτίο από το πρώτο (Εικ. 1), τότε, σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, . Υποδηλώστε με το διάνυσμα ακτίνας που σύρεται από το δεύτερο φορτίο στο πρώτο (Εικ. 2), στη συνέχεια

Εάν τα πρόσημα των φορτίων q 1 και q 2 είναι τα ίδια, τότε η κατεύθυνση της δύναμης συμπίπτει με την κατεύθυνση του διανύσματος. διαφορετικά, τα διανύσματα και κατευθύνονται σε αντίθετες κατευθύνσεις.

Γνωρίζοντας το νόμο της αλληλεπίδρασης των σημειακών φορτισμένων σωμάτων, είναι δυνατός ο υπολογισμός της δύναμης αλληλεπίδρασης οποιωνδήποτε φορτισμένων σωμάτων. Για να γίνει αυτό, το σώμα πρέπει να χωριστεί διανοητικά σε τόσο μικρά στοιχεία που καθένα από αυτά μπορεί να θεωρηθεί ως ένα σημείο. Προσθέτοντας γεωμετρικά τις δυνάμεις αλληλεπίδρασης όλων αυτών των στοιχείων μεταξύ τους, είναι δυνατός ο υπολογισμός της δύναμης αλληλεπίδρασης που προκύπτει.

Η ανακάλυψη του νόμου του Κουλόμπ είναι το πρώτο συγκεκριμένο βήμα στη μελέτη των ιδιοτήτων του ηλεκτρικού φορτίου. Η παρουσία ηλεκτρικού φορτίου σε σώματα ή στοιχειώδη σωματίδια σημαίνει ότι αλληλεπιδρούν μεταξύ τους σύμφωνα με το νόμο του Κουλόμπ. Δεν έχουν διαπιστωθεί προς το παρόν αποκλίσεις από την αυστηρή εφαρμογή του νόμου του Coulomb.

Εμπειρία Coulomb

Η ανάγκη για τα πειράματα του Coulomb προκλήθηκε από το γεγονός ότι στα μέσα του 18ου αι. συσσώρευσε πολλά ποιοτικά δεδομένα για ηλεκτρικά φαινόμενα. Χρειάστηκε να τους δοθεί μια ποσοτική ερμηνεία. Δεδομένου ότι οι δυνάμεις της ηλεκτρικής αλληλεπίδρασης ήταν σχετικά μικρές, προέκυψε ένα σοβαρό πρόβλημα στη δημιουργία μιας μεθόδου που θα επέτρεπε τη διενέργεια μετρήσεων και τη λήψη του απαραίτητου ποσοτικού υλικού.

Ο Γάλλος μηχανικός και επιστήμονας Charles Coulomb πρότεινε μια μέθοδο για τη μέτρηση μικρών δυνάμεων, η οποία βασίστηκε στο ακόλουθο πειραματικό γεγονός, που ανακάλυψε ο ίδιος ο επιστήμονας: η δύναμη που προκύπτει από την ελαστική παραμόρφωση ενός μεταλλικού σύρματος είναι ευθέως ανάλογη με τη γωνία συστροφής. η τέταρτη δύναμη της διαμέτρου του σύρματος και αντιστρόφως ανάλογη με το μήκος του:

όπου d είναι η διάμετρος, l το μήκος του σύρματος, φ είναι η γωνία συστροφής. Στην παραπάνω μαθηματική έκφραση, ο συντελεστής αναλογικότητας k βρέθηκε εμπειρικά και εξαρτιόταν από τη φύση του υλικού από το οποίο κατασκευάστηκε το σύρμα.

Αυτό το σχέδιο χρησιμοποιήθηκε στους λεγόμενους ζυγούς στρέψης. Οι κλίμακες που δημιουργήθηκαν επέτρεψαν τη μέτρηση αμελητέων δυνάμεων της τάξης των 5 10 -8 N.

Ο ζυγός στρέψης (Εικ. 3, α) αποτελούνταν από μια ελαφριά γυάλινη δέσμη μήκους 9 10,83 cm, αναρτημένη σε ένα ασημένιο σύρμα 5 μήκους περίπου 75 cm, διαμέτρου 0,22 cm. Στο ένα άκρο της δοκού βρισκόταν μια επιχρυσωμένη σφαίρα σαμπούκου 8 , και - αντίβαρο 6 - χάρτινο κύκλο βουτηγμένο σε νέφτι. Το πάνω άκρο του σύρματος στερεώθηκε στην κεφαλή της συσκευής 1. Υπήρχε επίσης ένας δείκτης 2, με τον οποίο μετρήθηκε η γωνία περιστροφής του νήματος σε μια κυκλική κλίμακα 3. Η κλίμακα ήταν βαθμονομημένη. Όλο αυτό το σύστημα στεγαζόταν σε γυάλινους κυλίνδρους 4 και 11. Το πάνω κάλυμμα του κάτω κυλίνδρου είχε μια οπή μέσα στην οποία εισήχθη μια γυάλινη ράβδος με μια μπάλα 7 στο άκρο. Στα πειράματα χρησιμοποιήθηκαν μπάλες με διάμετρο από 0,45 έως 0,68 cm.

Πριν από την έναρξη του πειράματος, ο δείκτης κεφαλής τέθηκε στο μηδέν. Στη συνέχεια η μπάλα 7 φορτίστηκε από την προηλεκτρισμένη μπάλα 12. Όταν η μπάλα 7 ήρθε σε επαφή με την κινητή μπάλα 8, το φορτίο ανακατανεμήθηκε. Ωστόσο, λόγω του γεγονότος ότι οι διάμετροι των σφαιρών ήταν ίδιες, οι χρεώσεις στις μπάλες 7 και 8 ήταν επίσης ίδιες.

Λόγω της ηλεκτροστατικής απώθησης των σφαιρών (Εικ. 3, β), ο κουνητής 9 στράφηκε σε κάποια γωνία γ (σε κλιμακα 10 ). Με κεφάλι 1 αυτό το rocker επέστρεψε στην αρχική του θέση. Σε κλιμακα 3 δείκτης 2 επιτρέπεται να προσδιοριστεί η γωνία α στρίψιμο νήματος. Ολική γωνία συστροφής φ = γ + α . Η δύναμη της αλληλεπίδρασης των σφαιρών ήταν ανάλογη φ , δηλαδή, η γωνία συστροφής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να κριθεί το μέγεθος αυτής της δύναμης.

Σε μια σταθερή απόσταση μεταξύ των σφαιρών (καθορίστηκε σε μια κλίμακα 10 σε μοίρες), μελετήθηκε η εξάρτηση της ηλεκτρικής δύναμης αλληλεπίδρασης των σημειακών σωμάτων από το μέγεθος του φορτίου σε αυτά.

Για να προσδιορίσει την εξάρτηση της δύναμης από το φορτίο των σφαιρών, ο Coulomb βρήκε έναν απλό και έξυπνο τρόπο να αλλάξει το φορτίο μιας από τις μπάλες. Για να γίνει αυτό, συνέδεσε μια φορτισμένη μπάλα (μπάλες 7 ή 8 ) με το ίδιο μέγεθος αφόρτιστο (μπάλα 12 στη μονωτική λαβή). Σε αυτή την περίπτωση, το φορτίο κατανεμήθηκε ισόποσα μεταξύ των σφαιρών, γεγονός που μείωσε τη διερευνούμενη χρέωση κατά 2, 4, κ.λπ. φορές. Η νέα τιμή της δύναμης στη νέα τιμή του φορτίου προσδιορίστηκε και πάλι πειραματικά. Την ίδια στιγμή, αποδείχθηκε ότι η δύναμη είναι ευθέως ανάλογη με το γινόμενο των φορτίων των σφαιρών:

Η εξάρτηση της δύναμης ηλεκτρικής αλληλεπίδρασης από την απόσταση ανακαλύφθηκε ως εξής. Αφού κοινοποιήθηκε η φόρτιση στις μπάλες (είχαν την ίδια φόρτιση), το rocker παρεκκλίνει κατά μια ορισμένη γωνία γ . Στη συνέχεια γυρίζοντας το κεφάλι 1 αυτή η γωνία μειώνεται σε γ ένας . Συνολική γωνία συστροφής φ 1 = α 1 + (γ - γ 1)(α 1 - γωνία περιστροφής κεφαλής). Όταν η γωνιακή απόσταση των σφαιρών μειωθεί σε γ 2 συνολική γωνία περιστροφής φ 2 = α 2 + (γ - γ 2). Παρατηρήθηκε ότι αν γ 1 = 2γ 2, ΤΟΤΕ φ 2 = 4φ 1, δηλαδή όταν η απόσταση μειώθηκε κατά 2, η δύναμη αλληλεπίδρασης αυξήθηκε κατά 4. Η ροπή της δύναμης αυξήθηκε κατά το ίδιο ποσό, καθώς κατά τη διάρκεια της παραμόρφωσης στρέψης η ροπή της δύναμης είναι ευθέως ανάλογη με τη γωνία συστροφής, και ως εκ τούτου τη δύναμη (ο βραχίονας της δύναμης παρέμεινε αμετάβλητος). Από αυτό προκύπτει το συμπέρασμα: Η δύναμη μεταξύ δύο φορτισμένων σφαιρών είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους:

Ημερομηνία: 29/04/2015

Εγκυκλοπαιδικό YouTube

1 / 5

✪ Μάθημα 213. Ηλεκτρικά φορτία και η αλληλεπίδρασή τους. ο νόμος του Κουλόμπ

✪ 8 κελιά - 106. Νόμος του Coulomb

✪ Νόμος του Κουλόμπ

✪ φυσική επίλυση προβλημάτων LAW OF COULOMB

✪ Μάθημα 215

Υπότιτλοι

Διατύπωση

Η δύναμη αλληλεπίδρασης δύο σημειακών φορτίων στο κενό κατευθύνεται κατά μήκος της ευθείας γραμμής που συνδέει αυτά τα φορτία, είναι ανάλογη με τα μεγέθη τους και είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της μεταξύ τους απόστασης. Είναι ελκτική δύναμη εάν τα πρόσημα των φορτίων είναι διαφορετικά, και απωθητική δύναμη εάν αυτά τα σημάδια είναι τα ίδια.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι για να είναι αληθής ο νόμος, είναι απαραίτητο:

1. Σημειακά φορτία, δηλαδή η απόσταση μεταξύ των φορτισμένων σωμάτων πρέπει να είναι πολύ μεγαλύτερη από το μέγεθός τους. Ωστόσο, μπορεί να αποδειχθεί ότι η δύναμη αλληλεπίδρασης δύο ογκομετρικά κατανεμημένων φορτίων με σφαιρικά συμμετρικές μη τέμνουσες χωρικές κατανομές είναι ίση με τη δύναμη αλληλεπίδρασης δύο ισοδύναμων σημειακών φορτίων που βρίσκονται στα κέντρα σφαιρικής συμμετρίας.
2. Η ακινησία τους. Διαφορετικά, τίθενται σε ισχύ πρόσθετα φαινόμενα: το μαγνητικό πεδίο του κινούμενου φορτίου και η αντίστοιχη πρόσθετη δύναμη Lorentz που ενεργεί σε ένα άλλο κινούμενο φορτίο.
3. Τακτοποίηση χρεώσεων στο κενό.

Ωστόσο, με ορισμένες προσαρμογές, ο νόμος ισχύει επίσης για αλληλεπιδράσεις φορτίων σε ένα μέσο και για κινούμενα φορτία.

Σε διανυσματική μορφή, στη διατύπωση του S. Coulomb, ο νόμος γράφεται ως εξής:

όπου F → 12 (\displaystyle (\vec (F))_(12))είναι η δύναμη με την οποία το φορτίο 1 δρα στο φορτίο 2. q 1 , q 2 (\displaystyle q_(1),q_(2))- το μέγεθος των τελών· r → 12 (\displaystyle (\vec (r))_(12))- διάνυσμα ακτίνας (διάνυσμα που κατευθύνεται από το φορτίο 1 στο φορτίο 2, και ίσο, σε απόλυτη τιμή, με την απόσταση μεταξύ των φορτίων - r 12 (\displaystyle r_(12))); k (\displaystyle k)- συντελεστής αναλογικότητας.

Συντελεστής κ

Ο νόμος του Κουλόμπ στην κβαντική μηχανική

Ο νόμος του Κουλόμπ από την άποψη της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής

Ιστορία

Για πρώτη φορά για να διερευνηθεί πειραματικά ο νόμος της αλληλεπίδρασης ηλεκτρικά φορτισμένων σωμάτων προτάθηκε από τον G. V. Richmann το 1752-1753. Σκόπευε να χρησιμοποιήσει για το σκοπό αυτό το ηλεκτρόμετρο «δείκτη» που σχεδίασε ο ίδιος. Την εφαρμογή αυτού του σχεδίου απέτρεψε ο τραγικός θάνατος του Ρίτσμαν.

Περίπου 11 χρόνια πριν από τον Coulomb, το 1771, ο νόμος της αλληλεπίδρασης των φορτίων ανακαλύφθηκε πειραματικά από τον G. Cavendish, αλλά το αποτέλεσμα δεν δημοσιεύτηκε και παρέμεινε άγνωστο για μεγάλο χρονικό διάστημα (πάνω από 100 χρόνια). Τα χειρόγραφα του Cavendish παραδόθηκαν στον D.C. Maxwell μόνο το 1874 από έναν από τους απογόνους του Cavendish στα εγκαίνια του Cavendish Laboratory και δημοσιεύτηκαν το 1879.

Ο ίδιος ο Coulomb ασχολήθηκε με τη μελέτη της στρέψης των νημάτων και εφηύρε την ισορροπία στρέψης. Ανακάλυψε τον νόμο του, χρησιμοποιώντας τους για να μετρήσει τις δυνάμεις αλληλεπίδρασης φορτισμένων σφαιρών.

Ο νόμος του Coulomb, η αρχή της υπέρθεσης και οι εξισώσεις του Maxwell

Βαθμός ακρίβειας του νόμου του Coulomb

Ο νόμος του Κουλόμπ είναι ένα πειραματικά τεκμηριωμένο γεγονός. Η εγκυρότητά του έχει επιβεβαιωθεί επανειλημμένα από όλο και πιο ακριβή πειράματα. Μία από τις κατευθύνσεις τέτοιων πειραμάτων είναι να ελεγχθεί αν ο εκθέτης διαφέρει rστον νόμο του 2. Για να βρεθεί αυτή η διαφορά, χρησιμοποιείται το γεγονός ότι αν η μοίρα είναι ακριβώς ίση με δύο, τότε δεν υπάρχει πεδίο μέσα στην κοιλότητα στον αγωγό, ανεξάρτητα από το σχήμα της κοιλότητας ή του αγωγού.

Τέτοια πειράματα πραγματοποιήθηκαν για πρώτη φορά από τον Cavendish και επαναλήφθηκαν από τον Maxwell σε βελτιωμένη μορφή, λαμβάνοντας για τη μέγιστη διαφορά του εκθέτη σε δύναμη δύο την τιμή 1 21600 (\displaystyle (\frac (1)(21600)))

Πειράματα που διεξήχθησαν το 1971 στις Ηνωμένες Πολιτείες από τους E. R. Williams, D. E. Voller και G. A. Hill έδειξαν ότι ο εκθέτης στο νόμο του Coulomb είναι 2 έως μέσα (3 , 1 ± 2 , 7) × 10 − 16 (\style display (3,1\pm 2,7)\φορές 10^(-16)) .

Για να ελέγξουν την ακρίβεια του νόμου του Coulomb σε ενδοατομικές αποστάσεις, οι W. Yu. Lamb και R. Rutherford το 1947 χρησιμοποίησαν μετρήσεις της σχετικής διάταξης των επιπέδων ενέργειας του υδρογόνου. Διαπιστώθηκε ότι ακόμη και σε αποστάσεις της τάξης των ατομικών 10 −8 cm, ο εκθέτης στο νόμο του Κουλόμπ διαφέρει από το 2 κατά όχι περισσότερο από 10 −9.

Συντελεστής k (\displaystyle k)στο νόμο του Κουλόμπ παραμένει σταθερή μέχρι 15⋅10 −6 .

Διορθώσεις στο νόμο του Κουλόμπ στην κβαντική ηλεκτροδυναμική

Σε μικρές αποστάσεις (της τάξης του κύματος ηλεκτρονίου μήκους Compton, λ e = ℏ m e c (\displaystyle \lambda _(e)=(\tfrac (\hbar )(m_(e)c)))≈3,86⋅10 −13 m , όπου m e (\displaystyle m_(e))είναι η μάζα του ηλεκτρονίου, ℏ (\displaystyle \hbar)- Η σταθερά του Πλανκ, c (\displaystyle c)- η ταχύτητα του φωτός) οι μη γραμμικές επιδράσεις της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής γίνονται σημαντικές: η εικονική ανταλλαγή φωτονίων υπερτίθεται από τη δημιουργία ζευγών εικονικών ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων (καθώς και μιονίου-αντιμουονίου και ταον-αντιταονίου) και η επίδραση της διαλογής μειώνεται (βλ. επανομαλοποίηση). Και οι δύο επιδράσεις οδηγούν στην εμφάνιση όρων εκθετικά φθίνουσας τάξης e − 2 r / λ e (\displaystyle e^(-2r/\lambda _(e)))στην έκφραση για τη δυναμική ενέργεια της αλληλεπίδρασης φορτίων και, ως αποτέλεσμα, σε αύξηση της δύναμης αλληλεπίδρασης σε σύγκριση με αυτή που υπολογίζεται από το νόμο του Κουλόμπ.

όπου λ e (\displaystyle \lambda _(e))- ηλεκτρόνιο Compton μήκους κύματος , α = e 2 ℏ c (\displaystyle \alpha =(\tfrac (e^(2))(\hbar c)))- σταθερή λεπτή  δομή και r ≫ λ e (\displaystyle r\gg \lambda _(e)).

Σε αποστάσεις της παραγγελίας λ W = ℏ m w c (\displaystyle \lambda _(W)=(\tfrac (\hbar )(m_(w)c)))~ 10 −18 m, όπου m w (\displaystyle m_(w))είναι η μάζα του W-μποζονίου, τα ηλεκτροαδύναμα εφέ μπαίνουν στο παιχνίδι.

Σε ισχυρά εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία, τα οποία αποτελούν σημαντικό κλάσμα του κενού του πεδίου διάσπασης (της τάξης του m e c 2 e λ e (\displaystyle (\tfrac (m_(e)c^(2))(e\lambda _(e))))~10 18 V/m ή m e c e λ e (\displaystyle (\tfrac (m_(e)c)(e\lambda _(e))))~10 9 T, τέτοια πεδία παρατηρούνται, για παράδειγμα, κοντά σε ορισμένους τύπους άστρων νετρονίων, συγκεκριμένα μαγνητάρια) Ο νόμος του Coulomb παραβιάζεται επίσης λόγω της σκέδασης Delbrück των φωτονίων ανταλλαγής στα φωτόνια του εξωτερικού πεδίου και άλλων, πιο πολύπλοκων μη γραμμικών φαινομένων. Αυτό το φαινόμενο μειώνει τη δύναμη Coulomb όχι μόνο σε μικρο αλλά και σε μακρο κλίμακα, ειδικότερα, σε ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο, το δυναμικό Coulomb δεν πέφτει αντιστρόφως ανάλογο με την απόσταση, αλλά εκθετικά.

Ο νόμος του Κουλόμπ και το κενό πόλωσης

Ο νόμος του Κουλόμπ και οι υπερβαρείς πυρήνες

Το νόημα του νόμου του Κουλόμπ στην ιστορία της επιστήμης

Ο νόμος του Κουλόμπ είναι ο πρώτος ανοιχτός ποσοτικός και μαθηματικά διατυπωμένος θεμελιώδης νόμος για τα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα. Με την ανακάλυψη του νόμου του Κουλόμπ, ξεκίνησε η σύγχρονη επιστήμη του ηλεκτρομαγνητισμού.

δείτε επίσης

Συνδέσεις

• Ο νόμος του Κουλόμπ (βίντεο μάθημα, πρόγραμμα 10ης τάξης)

Σημειώσεις

1. Sivukhin D. V.Γενικό μάθημα φυσικής. - Μ.: Fizmatlit; Εκδοτικός Οίκος MIPT, 2004. - Τόμος III. Ηλεκτρική ενέργεια. - S. 17. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3.
2. Landau L.D., Lifshitz E.M. Theoretical Physics: Textbook. επίδομα: Για πανεπιστήμια. V 10 t. Τ. 2 Θεωρία Πεδίου. - 8η έκδ., στερεοφωνικό. - M.: FIZMATLIT, 2001. - 536 σελ. -

Στην ηλεκτροστατική, ο νόμος του Κουλόμπ είναι ένας από τους θεμελιώδεις νόμους. Χρησιμοποιείται στη φυσική για τον προσδιορισμό της δύναμης αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο φορτίων σταθερού σημείου ή της απόστασης μεταξύ τους. Είναι ένας θεμελιώδης νόμος της φύσης που δεν εξαρτάται από άλλους νόμους. Τότε το σχήμα του πραγματικού σώματος δεν επηρεάζει το μέγεθος των δυνάμεων. Σε αυτό το άρθρο, θα εξηγήσουμε με απλά λόγια τον νόμο του Coulomb και την εφαρμογή του στην πράξη.

Ιστορικό ανακάλυψης

Σ.Ο. Ο Coulomb το 1785 για πρώτη φορά απέδειξε πειραματικά τις αλληλεπιδράσεις που περιγράφει ο νόμος. Στα πειράματά του, χρησιμοποίησε μια ειδική ζυγαριά στρέψης. Ωστόσο, το 1773, ο Cavendish απέδειξε, χρησιμοποιώντας το παράδειγμα ενός σφαιρικού πυκνωτή, ότι δεν υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο μέσα στη σφαίρα. Αυτό υποδηλώνει ότι οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις αλλάζουν ανάλογα με την απόσταση μεταξύ των σωμάτων. Για να είμαστε πιο ακριβείς - το τετράγωνο της απόστασης. Τότε η έρευνά του δεν δημοσιεύτηκε. Ιστορικά, αυτή η ανακάλυψη πήρε το όνομά της από τον Coulomb, και η ποσότητα στην οποία μετράται το φορτίο έχει παρόμοιο όνομα.

Διατύπωση

Ο ορισμός του νόμου του Coulomb είναι: στο κενόΗ αλληλεπίδραση F δύο φορτισμένων σωμάτων είναι ευθέως ανάλογη με το γινόμενο των μονάδων τους και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους.

Ακούγεται σύντομο, αλλά μπορεί να μην είναι ξεκάθαρο σε όλους. Με απλά λόγια: Όσο περισσότερο φορτίο έχουν τα σώματα και όσο πιο κοντά βρίσκονται μεταξύ τους, τόσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη.

Και αντίστροφα: Εάν αυξήσετε την απόσταση μεταξύ των φορτίων - η δύναμη θα γίνει μικρότερη.

Ο τύπος για τον κανόνα του Coulomb μοιάζει με αυτό:

Ονομασία γραμμάτων: q - τιμή φόρτισης, r - απόσταση μεταξύ τους, k - συντελεστής, εξαρτάται από το επιλεγμένο σύστημα μονάδων.

Η τιμή του φορτίου q μπορεί να είναι υπό όρους θετική ή υπό όρους αρνητική. Αυτή η διαίρεση είναι πολύ υπό όρους. Όταν τα σώματα έρχονται σε επαφή, μπορεί να μεταδοθεί από το ένα στο άλλο. Από αυτό προκύπτει ότι το ίδιο σώμα μπορεί να έχει φορτίο διαφορετικού μεγέθους και πρόσημου. Σημειακό φορτίο είναι ένα τέτοιο φορτίο ή ένα σώμα του οποίου οι διαστάσεις είναι πολύ μικρότερες από την απόσταση της πιθανής αλληλεπίδρασης.

Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι το περιβάλλον στο οποίο βρίσκονται τα φορτία επηρεάζει την αλληλεπίδραση F. Δεδομένου ότι είναι σχεδόν ίσο στον αέρα και στο κενό, η ανακάλυψη του Coulomb ισχύει μόνο για αυτά τα μέσα, αυτή είναι μία από τις προϋποθέσεις για την εφαρμογή αυτού του τύπου τύπου. Όπως ήδη αναφέρθηκε, στο σύστημα SI, η μονάδα φόρτισης είναι το Coulomb, συντομογραφία ως Cl. Χαρακτηρίζει την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας ανά μονάδα χρόνου. Είναι παράγωγο των βασικών μονάδων SI.

1 C = 1 A * 1 s

Πρέπει να σημειωθεί ότι η διάσταση του 1 C είναι περιττή. Λόγω του γεγονότος ότι οι φορείς απωθούνται μεταξύ τους, είναι δύσκολο να διατηρηθούν σε μικρό σώμα, αν και το ίδιο το ρεύμα 1Α είναι μικρό εάν ρέει σε έναν αγωγό. Για παράδειγμα, στον ίδιο λαμπτήρα πυρακτώσεως 100 W, ρέει ρεύμα 0,5 A και σε έναν ηλεκτρικό θερμαντήρα και περισσότερο από 10 A. Μια τέτοια δύναμη (1 C) είναι περίπου ίση με τη δύναμη που ασκείται σε ένα σώμα με μάζα 1 τόνο από την πλευρά του πλανήτη.

Ίσως έχετε παρατηρήσει ότι ο τύπος είναι σχεδόν ο ίδιος όπως στην αλληλεπίδραση της βαρύτητας, μόνο εάν εμφανίζονται μάζες στη Νευτώνεια μηχανική, τότε εμφανίζονται φορτία στην ηλεκτροστατική.

Ο τύπος του Coulomb για ένα διηλεκτρικό μέσο

Ο συντελεστής, λαμβάνοντας υπόψη τις τιμές του συστήματος SI, προσδιορίζεται σε N 2 *m 2 /Cl 2. Είναι ίσο με:

Σε πολλά σχολικά βιβλία, αυτός ο συντελεστής μπορεί να βρεθεί με τη μορφή κλάσματος:

Εδώ E 0 \u003d 8,85 * 10-12 C2 / N * m2 είναι μια ηλεκτρική σταθερά. Για ένα διηλεκτρικό, προστίθεται Ε - η διηλεκτρική σταθερά του μέσου, τότε ο νόμος Coulomb μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό των δυνάμεων αλληλεπίδρασης των φορτίων για το κενό και το μέσο.

Λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση του διηλεκτρικού, έχει τη μορφή:

Από εδώ βλέπουμε ότι η εισαγωγή ενός διηλεκτρικού μεταξύ των σωμάτων μειώνει τη δύναμη F.

Πώς κατευθύνονται οι δυνάμεις;

Τα φορτία αλληλεπιδρούν μεταξύ τους ανάλογα με την πολικότητα τους - τα ίδια φορτία απωθούνται και τα αντίθετα (αντίθετα) έλκονται.

Παρεμπιπτόντως, αυτή είναι η κύρια διαφορά από έναν παρόμοιο νόμο της βαρυτικής αλληλεπίδρασης, όπου τα σώματα πάντα έλκονται. Οι δυνάμεις που κατευθύνονται κατά μήκος μιας γραμμής που χαράσσεται μεταξύ τους ονομάζονται διάνυσμα ακτίνας. Στη φυσική, συμβολίζεται ως r 12 και ως διάνυσμα ακτίνας από το πρώτο στο δεύτερο φορτίο και αντίστροφα. Οι δυνάμεις κατευθύνονται από το κέντρο του φορτίου προς το αντίθετο φορτίο κατά μήκος αυτής της γραμμής, εάν τα φορτία είναι αντίθετα, και προς την αντίθετη κατεύθυνση εάν είναι με το ίδιο όνομα (δύο θετικά ή δύο αρνητικά). Σε διανυσματική μορφή:

Η δύναμη που εφαρμόζεται στο πρώτο φορτίο από το δεύτερο συμβολίζεται ως F 12. Τότε, σε διανυσματική μορφή, ο νόμος του Coulomb μοιάζει με αυτό:

Για τον προσδιορισμό της δύναμης που εφαρμόζεται στο δεύτερο φορτίο, χρησιμοποιούνται οι ονομασίες F 21 και R 21.

Αν το σώμα έχει πολύπλοκο σχήμα και είναι αρκετά μεγάλο ώστε σε μια δεδομένη απόσταση να μην μπορεί να θεωρηθεί σημείο, τότε χωρίζεται σε μικρά τμήματα και κάθε τμήμα θεωρείται σημειακό φορτίο. Μετά τη γεωμετρική προσθήκη όλων των διανυσμάτων που προκύπτουν, προκύπτει η δύναμη που προκύπτει. Τα άτομα και τα μόρια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους σύμφωνα με τον ίδιο νόμο.

Εφαρμογή στην πράξη

Τα έργα του Coulomb είναι πολύ σημαντικά στην ηλεκτροστατική· στην πράξη, χρησιμοποιούνται σε μια σειρά από εφευρέσεις και συσκευές. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα είναι το αλεξικέραυνο. Με τη βοήθειά του προστατεύουν τα κτίρια και τις ηλεκτρικές εγκαταστάσεις από καταιγίδες, αποτρέποντας έτσι την πυρκαγιά και τη βλάβη του εξοπλισμού. Όταν βρέχει με καταιγίδα, εμφανίζεται ένα επαγόμενο φορτίο μεγάλου μεγέθους στη γη, έλκονται προς το σύννεφο. Αποδεικνύεται ότι ένα μεγάλο ηλεκτρικό πεδίο εμφανίζεται στην επιφάνεια της γης. Κοντά στην άκρη του αλεξικέραυνου έχει μεγάλη αξία, με αποτέλεσμα να αναφλέγεται εκκένωση κορώνας από την άκρη (από το έδαφος, μέσω του αλεξικέραυνου στο σύννεφο). Το φορτίο από το έδαφος έλκεται από το αντίθετο φορτίο του νέφους, σύμφωνα με το νόμο του Coulomb. Ο αέρας ιονίζεται και η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου μειώνεται κοντά στο άκρο του αλεξικέραυνου. Έτσι, οι χρεώσεις δεν συσσωρεύονται στο κτίριο, οπότε η πιθανότητα κεραυνού είναι μικρή. Εάν συμβεί ένα χτύπημα στο κτίριο, τότε μέσω του αλεξικέραυνου όλη η ενέργεια θα πάει στο έδαφος.

Σε σοβαρή επιστημονική έρευνα, χρησιμοποιείται η μεγαλύτερη κατασκευή του 21ου αιώνα - ο επιταχυντής σωματιδίων. Σε αυτό, το ηλεκτρικό πεδίο κάνει το έργο της αύξησης της ενέργειας του σωματιδίου. Εξετάζοντας αυτές τις διαδικασίες από την άποψη του αντίκτυπου σε μια σημειακή χρέωση από μια ομάδα χρεώσεων, τότε όλες οι σχέσεις του νόμου αποδεικνύονται έγκυρες.

Χρήσιμος