Tema 1.1 ELEKTROS ĮKOKESČIAI.

1 skyrius ELEKTRODINAMIKOS PAGRINDAI

1. Kėbulų elektrifikavimas. Krūvio dydžio samprata.

Krūvio išsaugojimo dėsnis.

2. Sąveikos jėgos tarp krūvių.

Kulono dėsnis.

3. Terpės dielektrinė konstanta.

4. Tarptautinė elektros vienetų sistema.

1. Kėbulų elektrifikavimas. Krūvio dydžio samprata.

Krūvio išsaugojimo dėsnis.

Jei du paviršiai glaudžiai susiliečia, tada galima elektronų pernešimas nuo vieno paviršiaus ant kito ir ant šių paviršių atsiranda elektros krūviai.

Šis reiškinys vadinamas ELEKTRIZACIJA. Trinties metu didėja glaudaus paviršių sąlyčio plotas, taip pat padidėja krūvio kiekis paviršiuje – šis reiškinys vadinamas ELEKTROS TRINTIMIS.

Įelektrinimo proceso metu įvyksta krūvių persiskirstymas, dėl kurio abu paviršiai įkraunami vienodo dydžio ir priešingo ženklo krūviais.

Nes visi elektronai turi vienodus krūvius (neigiamus) e = 1,6 10 C, tada norint nustatyti krūvio kiekį paviršiuje (q), reikia žinoti, kiek elektronų yra perteklius arba trūkumas paviršiuje (N) o vieno elektrono krūvis.

Įelektrinimo proceso metu nauji krūviai neatsiranda ir neišnyksta, o tik atsiranda perskirstymas tarp kūnų ar kūno dalių, todėl uždaros kūnų sistemos suminis krūvis išlieka pastovus, tokią KROVIO IŠSAUGOJIMO DĖSnio prasmę.

2. Sąveikos jėgos tarp krūvių.

Kulono dėsnis.

Elektriniai krūviai sąveikauja vienas su kitu būdami per atstumą, o panašūs krūviai atstumia, o skirtingai nei traukia.

Pirmą kartą sužinojau patyręs kaip priklauso sąveikos jėga tarp krūvių prancūzų mokslininko pakabukas ir išvedė dėsnį, vadinamą COULLOMB dėsniu. Pagrindinis įstatymas t.y. remiantis patirtimi. Išvesdamas šį dėsnį Kulonas naudojo sukimo svarstyklės.

3) k – koeficientas, išreiškiantis priklausomybę nuo aplinkos.

Kulono dėsnio formulė.

Dviejų nejudančių taškinių krūvių sąveikos jėga yra tiesiogiai proporcinga šių krūvių dydžių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumų tarp jų kvadratui ir priklauso nuo aplinkos, kurioje šie krūviai yra, ir yra nukreipta išilgai tiesi linija, jungianti šių krūvių centrus.

3. Terpės dielektrinė konstanta.

E - leistinumas aplinka, priklauso nuo supančios aplinkos mokesčių.

E = 8,85*10 - fizikinė konstanta, vakuumo dielektrinė konstanta.

E – santykinė terpės dielektrinė konstanta, parodo, kiek kartų taškinių krūvių sąveikos jėga vakuume yra didesnė nei tam tikroje terpėje. Vakuume stipri sąveika tarp kaltinimų.

4. Tarptautinė elektros vienetų sistema.

Pagrindinis elektros energijos vienetas SI sistemoje yra 1A srovė, visi kiti matavimo vienetai yra išvesti iš 1 ampero.

1C yra elektros krūvio kiekis, kurį įkrautos dalelės perduoda per laidininko skerspjūvį, esant 1A srovei per 1 s.

1.2 tema ELEKTROS LAUKAS

1. Elektrinis laukas – kaip ypatinga rūšis reikalas.

6. Potencialų skirtumo ir elektrinio lauko stiprumo ryšys.

1. Elektrinis laukas yra tarsi ypatinga materijos rūšis.

Gamtoje elektromagnetinis laukas egzistuoja kaip medžiagos rūšis. IN skirtingų atvejų Elektromagnetinis laukas pasireiškia įvairiais būdais, pavyzdžiui, aplink stacionarūs krūviai Pasireiškia tik elektrinis laukas, vadinamas elektrostatiniu. Prie mobiliųjų įkrovų galima aptikti tiek elektros, tiek magnetinis laukas, kurie kartu reiškia ELEKTROMAGNETINIUS LAUKUS.

Panagrinėkime elektrostatinių laukų savybes:

1) Elektrostatinį lauką sukuria stacionarūs krūviai, tokius laukus galima aptikti

naudojant bandomuosius krūvius (nedidelį teigiamą krūvį), nes tik jiems elektrinis laukas turi jėgos poveikį, kuris paklūsta Kulono dėsniui.

2. Elektrinio lauko stiprumas.

Elektrinis laukas, kaip medžiagos rūšis, turi energiją, masę ir plinta erdvėje terminalo greitis ir neturi teorinių ribų.

Praktikoje manoma, kad lauko nėra, jei jis neturi pastebimos įtakos bandymo mokesčiams.

Kadangi lauką galima aptikti naudojant bandymo krūvių jėgą, pagrindinė elektrinio lauko charakteristika yra įtampa.

Jei į tą patį elektrinio lauko tašką įvedami skirtingų dydžių bandomieji krūviai, tai tarp veikianti jėga o bandomojo krūvio dydis yra tiesioginis proporcingas ryšys.

Proporcingumo koeficientas tarp veikiančios jėgos ir krūvio dydžio yra įtempimas E.

E = elektrinio lauko stiprio apskaičiavimo formulė, jei q = 1 C, tai | E | = | F |

Įtampa yra galios charakteristika elektrinio lauko taškai, nes ji skaitine prasme lygi jėgai, veikiančiai 1 C krūvį tam tikrame elektrinio lauko taške.

Įtempimas yra vektorinis dydis, kurio krypties įtempimo vektorius sutampa su jėgos, veikiančios teigiamą krūvį tam tikrame elektrinio lauko taške, vektoriumi.

3. Elektrinio lauko stiprumo linijos. Vienodas elektrinis laukas.

Siekiant aiškiai pavaizduoti elektrinį lauką, t.y. grafiškai naudokite elektrinio lauko stiprumo linijas. Tai linijos, kitaip vadinamos jėgos linijomis, kurių liestinės sutampa su intensyvumo vektoriais elektrinio lauko taškuose, per kuriuos šios linijos praeina,

Įtampos linijos turi šias savybes:

1) Pradėkite nuo pozicijos. krūviai baigiasi neigiamu arba prasideda teigiama. krūviai ir eiti į begalybę, arba ateina iš begalybės ir baigiasi teigiamais krūviais.

2) Šios linijos yra ištisinės ir niekur nesikerta.

3) Linijų tankis (linijų skaičius paviršiaus ploto vienetui) ir elektrinio lauko stipris yra tiesiogiai ir proporcingai priklausomi.

Vienodame elektriniame lauke intensyvumas visuose lauko taškuose yra vienodas grafiškai, tokie laukai vaizduojami lygiagrečiomis linijomis, esančiomis vienodu atstumu vienas nuo kito. Tokį lauką galima gauti tarp dviejų lygiagrečių plokščių įkrautų plokščių nedideliu atstumu viena nuo kitos.

4. Krūvio judėjimo elektriniame lauke darbas.

Įdėkite elektros krūvį į vienodą elektrinį lauką. Pajėgos veiks pagal užtaisą iš lauko. Jei įkrovimas perkeliamas, darbas gali būti atliktas.

Tobulas darbas srityse:

A = q E d - krūvio judėjimo elektriniame lauke darbo skaičiavimo formulė.

Išvada: Krūvio judėjimo elektriniame lauke darbas nepriklauso nuo trajektorijos formos, bet priklauso nuo judančio krūvio dydžio (q), lauko stiprumo (E), taip pat nuo jo pasirinkimo. judėjimo pradžios ir pabaigos taškai (d).

Jei krūvis elektriniame lauke judinamas uždara grandine, tai atliktas darbas bus lygus 0. Tokie laukai vadinami potencialiais laukais. Tokiuose laukuose esantys kūnai turi potencinę energiją, t.y. elektros krūvis bet kuriame elektrinio lauko taške turi energiją ir elektriniame lauke atliktas darbas yra lygus krūvio potencialių energijų skirtumui pradiniame ir galutiniame judėjimo taškuose.

5. Potencialas. Potencialus skirtumas. Įtampa.

Jei į šį tašką elektrinis laukas išdėstyti skirtingų dydžių krūvius, tada potenciali krūvio energija ir jo dydis yra tiesiogiai proporcingi ryšiui.

-(phi) elektrinio lauko taško potencialas

Potencialas yra elektrinio lauko taškų energijos charakteristika, nes ji skaitine prasme lygi 1 C krūvio potencinei energijai tam tikrame elektrinio lauko taške.

Įjungta vienodais atstumais iš taško krūvio lauko taškų potencialai yra vienodi. Šie taškai sudaro vienodo potencialo paviršių, o tokie paviršiai vadinami ekvipotencialiais paviršiais. Plokštumoje tai yra apskritimai, erdvėje – rutuliai.

Įtampa

Krūvio judėjimo elektriniame lauke darbo skaičiavimo formulės.

1V – įtampa tarp elektrinio lauko taškų judant 1 C krūvį, atliekamas 1 J darbas.

Formulė, nustatanti ryšį tarp elektrinio lauko stiprio, įtampos ir potencialų skirtumo.

Intensyvumas skaitine prasme lygus įtampos arba potencialų skirtumui tarp dviejų lauko taškų, paimtų išilgai vienos lauko linijos 1 m atstumu. (-) ženklas reiškia, kad įtampos vektorius visada nukreiptas į lauko taškus, kurių potencialas mažėja.

Panašus į koncepciją gravitacinė masė kūnas Niutono mechanikoje, krūvio sąvoka elektrodinamikoje yra pirminė, pagrindinė sąvoka.

Elektros krūvis - Tai fizinis kiekis, apibūdinantis dalelių ar kūnų savybę sąveikauti su elektromagnetinėmis jėgomis.

Elektros krūvis dažniausiai žymimas raidėmis q arba K.

Visų žinomų eksperimentinių faktų visuma leidžia padaryti tokias išvadas:

Yra dviejų rūšių elektros krūviai, sutartinai vadinamas teigiamais ir neigiamais.

Krūvis gali būti perduodamas (pavyzdžiui, tiesioginio kontakto būdu) iš vieno kūno į kitą. Skirtingai nuo kūno masės, elektros krūvis nėra neatsiejama tam tikro kūno savybė. Tas pats kūnas skirtingomis sąlygomis gali turėti skirtingą krūvį.

Kaip krūviai atstumia, kitaip nei krūviai traukia. Tai taip pat rodo esminis skirtumas elektromagnetines jėgas nuo gravitacinių. Gravitacinės jėgos visada yra traukos jėgos.

Vienas iš pagrindinių gamtos dėsnių yra eksperimentiškai nustatytas elektros krūvio tvermės dėsnis .

IN izoliuota sistema algebrinė suma visų kūnų krūviai išlieka pastovūs:

Elektros krūvio tvermės dėsnis teigia, kad uždara sistema Kūnuose negali būti stebimi tik vieno ženklo krūvių susidarymo ar išnykimo procesai.

SU modernus taškas Mūsų nuomone, krūvininkai yra elementarios dalelės. Visi įprasti kūnai susideda iš atomų, į kuriuos įeina teigiamai įkrauti protonai, neigiamai įkrauti elektronai ir neutralios dalelės – neutronai. Protonai ir neutronai yra dalis atomų branduoliai, susidaro elektronai elektronų apvalkalas atomai. Protono ir elektrono elektriniai krūviai yra lygiai tokio paties dydžio ir lygūs elementariajam krūviui e.

Neutralaus atomo protonų skaičius branduolyje yra lygus elektronų skaičiui apvalkale. Šis numeris vadinamas atominis skaičius . Tam tikros medžiagos atomas gali prarasti vieną ar daugiau elektronų arba įgyti papildomą elektroną. Tokiais atvejais neutralus atomas virsta teigiamai arba neigiamai įkrautu jonu.

Krūvis gali būti perkeltas iš vieno kūno į kitą tik dalimis, turinčiomis sveiką skaičių elementariųjų krūvių. Taigi kūno elektrinis krūvis yra atskiras dydis:

Vadinami fiziniai dydžiai, kurie gali turėti tik atskirą reikšmių seriją kvantuota . Elementarus mokestis e yra elektros krūvio kvantinis (mažiausia dalis). Reikėtų pažymėti, kad į šiuolaikinė fizika elementariosios dalelės, daroma prielaida, kad egzistuoja vadinamieji kvarkai – dalelės su trupmeniniu krūviu ir Tačiau kvarkai dar nebuvo pastebėti laisvoje būsenoje.

Įprastuose laboratoriniuose eksperimentuose a elektrometras ( arba elektroskopu) - prietaisas, susidedantis iš metalinio strypo ir rodyklės, galinčios suktis apie horizontalią ašį (1.1.1 pav.). Rodyklės strypas yra izoliuotas nuo metalinio korpuso. Kai įkrautas kūnas liečiasi su elektrometro lazdele, to paties ženklo elektros krūviai pasiskirsto ant strypo ir rodyklės. Dėl elektros atstūmimo jėgų adata pasisuka tam tikru kampu, pagal kurį galima spręsti apie krūvį, perduodamą į elektrometro strypą.

Elektrometras yra gana grubus instrumentas; tai neleidžia tirti krūvių sąveikos jėgų. Pirmą kartą buvo atrastas stacionarių krūvių sąveikos dėsnis prancūzų fizikas Charles Coulomba 1785. Savo eksperimentuose Kulonas matavo įkrautų rutulių traukos ir atstūmimo jėgas naudodamas savo sukurtą prietaisą – sukimo balansą (1.1.2 pav.), kuris buvo itin jautrus. Pavyzdžiui, pusiausvyros sija buvo pasukta 1°, veikiant maždaug 10–9 N jėgai.

Matavimų idėja buvo pagrįsta nuostabiu Kulono spėjimu, kad jei įkrautas rutulys susiliečia su lygiai tuo pačiu neįkrautu rutuliu, tada pirmojo krūvis jiems pasiskirstys po lygiai. Taigi buvo nurodytas būdas pakeisti kamuoliuko krūvį du, tris ir tt kartus. Kulono eksperimentuose buvo išmatuota sąveika tarp rutulių, kurių matmenys buvo daug mažesni už atstumą tarp jų. Tokie įkrauti kūnai paprastai vadinami taškiniai mokesčiai.

Taško mokestis vadinamas įkrautu kūnu, kurio matmenų šio uždavinio sąlygomis galima nepaisyti.

Remdamasis daugybe eksperimentų, Kulonas nustatė tokį dėsnį:

Sąveikos jėgos tarp stacionarių krūvių yra tiesiogiai proporcingos įkrovimo modulių sandaugai ir atvirkščiai proporcingos atstumo tarp jų kvadratui:

Sąveikos jėgos paklūsta trečiajam Niutono dėsniui:

Jie yra atstumiančios jėgos, kai krūviai turi tuos pačius ženklus ir patrauklios jėgos, kai skirtingi ženklai(1.1.3 pav.). Stacionarių elektros krūvių sąveika vadinama elektrostatinės arba Kulonas sąveika. Elektrodinamikos šaka, tirianti Kulono sąveiką, vadinama elektrostatika .

Kulono dėsnis galioja taškinio krūvio kūnams. Praktiškai Kulono dėsnis tenkinamas, jei įkrautų kūnų dydžiai yra daug mažesni už atstumą tarp jų.

Proporcingumo koeficientas k Kulono dėsnyje priklauso nuo vienetų sistemos pasirinkimo. IN Tarptautinė sistema Imamas SI įkrovos vienetas pakabukas(Cl).

Pakabukas yra krūvis, praeinantis per 1 s laidininko skerspjūvį, esant 1 A srovės stipriui. Srovės vienetas (amperas) SI yra kartu su ilgio, laiko ir masės vienetais pagrindinis matavimo vienetas.

Koeficientas k SI sistemoje paprastai rašoma taip:

kur - elektros konstanta .

SI sistemoje elementarus krūvis e yra lygus:

Patirtis rodo, kad jėgos Kulono sąveika laikykitės superpozicijos principo:

Jei įkrautas kūnas vienu metu sąveikauja su keliais įkrautais kūnais, tai susidaranti jėga, veikianti tam tikrą kūną, yra lygi jėgų, veikiančių šį kūną nuo visų kitų įkrautų kūnų, vektorinei sumai.

Ryžiai. 1.1.4 paaiškina superpozicijos principą naudojant trijų įkrautų kūnų elektrostatinės sąveikos pavyzdį.

Superpozicijos principas yra pagrindinis gamtos dėsnis. Tačiau naudojant jį reikia atsargiai mes kalbame apie apie baigtinių dydžių įkrautų kūnų (pavyzdžiui, dviejų laidžių įkrautų rutuliukų 1 ir 2) sąveiką. Jei trečias įkrautas rutulys yra įtrauktas į dviejų įkrautų rutulių sistemą, tada sąveika tarp 1 ir 2 pasikeis dėl mokesčių perskirstymas.

Superpozicijos principas teigia, kad kai duoto (fiksuoto) krūvio paskirstymas ant visų kūnų elektrostatinės sąveikos jėgos tarp bet kurių dviejų kūnų nepriklauso nuo kitų įkrautų kūnų buvimo.

Du taškiniai krūviai veikia vienas kitą jėga, kuri yra atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui ir tiesiogiai proporcinga jų krūvių sandaugai (nekreipiant dėmesio į krūvių ženklą)

IN skirtingos aplinkos, pavyzdžiui, ore ir vandenyje du taškiniai krūviai sąveikauja su skirtingomis jėgomis. Šį skirtumą apibūdina santykinė terpės dielektrinė konstanta. Tai gerai žinoma lentelės reikšmė. Dėl oro.

Konstanta k apibrėžiama kaip

Kulono jėgos kryptis

Pagal trečiąjį Niutono dėsnį tos pačios prigimties jėgos atsiranda poromis, vienodo dydžio, priešingos krypties. Jei sąveikauja du nelygūs krūviai, jėga, kuria didesnis krūvis veikia mažesnįjį (B ant A), yra lygi jėgai, kuria mažesnis veikia didesnį (A ant B).

Įdomu tai įvairių įstatymų yra keletas fizikų bendrų bruožų. Prisiminkime gravitacijos dėsnį. Gravitacijos jėga taip pat atvirkščiai proporcinga atstumo kvadratui, bet tarp masių, ir nevalingai kyla mintis, kad šiame šablone slypi gili prasmė. Iki šiol niekas negalėjo įsivaizduoti gravitacijos ir elektros kaip dviejų skirtingų tos pačios esmės apraiškų.

Jėga čia taip pat kinta atvirkščiai, atsižvelgiant į atstumo kvadratą, tačiau elektrinių ir gravitacinių jėgų dydžio skirtumas yra ryškus. Bandoma įdiegti bendra prigimtis gravitacija ir elektra, mes atrandame tokį elektrinių jėgų pranašumą prieš gravitacijos jėgas, kad sunku patikėti, kad abu turi tą patį šaltinį. Kaip galima sakyti, kad vienas galingesnis už kitą? Juk viskas priklauso nuo to, kokia masė ir koks krūvis. Aptariant, kaip stipriai veikia gravitacija, neturite teisės sakyti: „Paimkime tokio ir tokio dydžio masę“, nes ją renkiesi pats. Bet jei imsime tai, ką pati gamta mums siūlo (jos savąsias reikšmes ir matavimus, kurie neturi nieko bendra su mūsų coliais, metais, su mūsų matais), tada galime palyginti. Imame elementarią įkrautą dalelę, pavyzdžiui, elektroną. Dvi elementarios dalelės, du elektronai dėl elektros krūvio atstumia vienas kitą jėga, atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui, ir dėl gravitacijos vėl traukia viena kitą jėga, atvirkščiai proporcinga kvadratui. atstumas.

Klausimas: koks yra gravitacinės jėgos santykis su elektrinė jėga? Gravitacija reiškia elektrinį atstūmimą kaip vienas skaičius su 42 nuliais. Tai sukelia giliausią sumišimą. Iš kur gali atsirasti toks didžiulis skaičius?

Žmonės šio didžiulio koeficiento ieško kituose gamtos reiškiniuose. Jie pergyvena visokius dideli skaičiai o jei reikia didelis skaičius, kodėl gi nepaėmus, tarkime, Visatos skersmens santykio su protono skersmeniu – stebėtina, kad tai irgi skaičius su 42 nuliais. Ir taip jie sako: gal šis koeficientas lygus santykiui protono skersmuo iki Visatos skersmens? Tai įdomi idėja, tačiau Visatai palaipsniui plečiantis, taip ir turi būti gravitacinė konstanta. Nors ši hipotezė dar nepaneigta, mes neturime jokių jos naudai įrodymų. Priešingai, kai kurie įrodymai rodo, kad gravitacinė konstanta taip nepasikeitė. Šis didžiulis skaičius iki šiol tebėra paslaptis.

Kulono dėsnis yra dėsnis, apibūdinantis sąveikos jėgas tarp taškinių elektros krūvių.

Dviejų taškinių krūvių sąveikos jėgos modulis vakuume yra tiesiogiai proporcingas šių krūvių modulių sandaugai ir atvirkščiai proporcingas atstumo tarp jų kvadratui.

Kitu atveju: dviejų taškų įkrovimas vakuumas veikia viena kitą jėgomis, kurios yra proporcingos šių krūvių modulių sandaugai, atvirkščiai proporcingos atstumo tarp jų kvadratui ir nukreiptos išilgai šiuos krūvius jungiančios tiesės. Šios jėgos vadinamos elektrostatinėmis (Coulomb).

Svarbu pažymėti, kad tam, kad įstatymas būtų teisingas, būtina:

taškiniai krūviai - tai yra, atstumas tarp įkrautų kūnų yra daug didesnis nei jų dydžiai, tačiau galima įrodyti, kad dviejų tūriniu būdu paskirstytų krūvių su sferiškai simetriškais nesikertančiais erdviniais pasiskirstymais sąveikos jėga yra lygi kūno sąveikos jėgai. du lygiaverčiai taškiniai mokesčiai, esantis sferinės simetrijos centruose;

jų nejudrumas. Priešingu atveju galioja papildomi efektai: magnetinis laukas judantis mokestis ir atitinkamas papildomas Lorenco jėga, veikiantis kitą judantį krūvį;

sąveika viduje vakuumas.

Tačiau su tam tikrais pakeitimais įstatymas galioja ir krūvių sąveikai terpėje bei judantiems krūviams.

Vektorine forma C. Kulono formuluotėje dėsnis parašytas taip:

kur yra jėga, kuria 1 krūvis veikia 2 krūvį; - krūvių dydis; - spindulio vektorius (vektorius, nukreiptas nuo 1 krūvio į krūvį 2, absoliučia reikšme lygus atstumui tarp krūvių - ); - proporcingumo koeficientas. Taigi įstatyme nurodoma, kad panašūs krūviai atstumia (o priešingai – traukia).

IN SSSE matavimo vienetas mokestis parenkamas taip, kad koeficientas k lygus vienam.

IN Tarptautinė vienetų sistema (SI) vienas iš pagrindinių vienetų yra vienetas stiprumo elektros srovė amperas, o įkrovos vienetas yra pakabukas- jo vedinys. Ampero vertė apibrėžiama taip, kad k= c 2 10 −7 Gn/m = 8,9875517873681764 10 9 N m 2 / Cl 2 (arba Ф −1 m). SI koeficientas k parašyta taip:

kur ≈ 8,854187817·10 −12 F/m - elektros konstanta.

Teisė

Kulono dėsnis

Dviejų taškinių krūvių sąveikos jėgos modulis vakuume yra tiesiogiai proporcingas šių krūvių modulių sandaugai ir atvirkščiai proporcingas atstumo tarp jų kvadratui.

Kitu atveju: dviejų taškų įkrovimas vakuumas veikia viena kitą jėgomis, kurios yra proporcingos šių krūvių modulių sandaugai, atvirkščiai proporcingos atstumo tarp jų kvadratui ir nukreiptos išilgai šiuos krūvius jungiančios tiesės. Šios jėgos vadinamos elektrostatinėmis (Coulomb).

jų nejudrumas. Priešingu atveju galioja papildomi efektai: magnetinis laukas judantis mokestis ir atitinkamas papildomas Lorenco jėga, veikiantis kitą judantį krūvį;

sąveika viduje vakuumas.

kur yra jėga, kuria 1 krūvis veikia 2 krūvį; - krūvių dydis; - spindulio vektorius (vektorius, nukreiptas nuo 1 krūvio į krūvį 2, absoliučia reikšme lygus atstumui tarp krūvių - ); - proporcingumo koeficientas. Taigi įstatyme nurodoma, kad panašūs krūviai atstumia (o priešingai – traukia).

IN SSSE matavimo vienetas mokestis parenkamas taip, kad koeficientas k lygus vienam.

IN Tarptautinė vienetų sistema (SI) vienas iš pagrindinių vienetų yra vienetas elektros srovės stiprumas amperas, o įkrovos vienetas yra pakabukas- jo vedinys. Ampero vertė apibrėžiama taip, kad k= c2·10−7 Gn/m = 8,9875517873681764 109 N m2/ Cl 2 (arba F−1 m). SI koeficientas k parašyta taip:

kur ≈ 8,854187817·10–12 F/m – elektros konstanta.

Kulono dėsnis yra toks:

Kulono dėsnis yra dėsnis, apibūdinantis sąveikos jėgas tarp taškinių elektros krūvių.

Jį atrado Charlesas Coulombas 1785 m. Po didelis skaičius eksperimentuodamas su metaliniais rutuliais, Charlesas Coulombas pateikė tokią įstatymo formuluotę:

Dviejų taškinių krūvių sąveikos jėgos modulis vakuume yra tiesiogiai proporcingas šių krūvių modulių sandaugai ir atvirkščiai proporcingas atstumo tarp jų kvadratui

Kitu atveju: Du taškiniai krūviai vakuume veikia vienas kitą jėgomis, kurios yra proporcingos šių krūvių modulių sandaugai, atvirkščiai proporcingos atstumo tarp jų kvadratui ir nukreiptos išilgai šiuos krūvius jungiančios tiesės. Šios jėgos vadinamos elektrostatinėmis (Coulomb).

Svarbu pažymėti, kad tam, kad įstatymas būtų teisingas, būtina:

1. taškiniai krūviai – tai yra, atstumas tarp įkrautų kūnų yra daug didesnis nei jų dydžiai, tačiau galima įrodyti, kad dviejų tūriškai paskirstytų krūvių su sferiškai simetriškais nesikertančiais erdviniais pasiskirstymais sąveikos jėga yra lygi kūno jėgai. dviejų lygiaverčių taškinių krūvių, esančių sferinės simetrijos centruose, sąveika;
2. jų nejudrumas. Priešingu atveju įsigali papildomi efektai: judančio krūvio magnetinis laukas ir atitinkama papildoma Lorenco jėga, veikianti kitą judantį krūvį;
3. sąveika vakuume.

Tačiau su tam tikrais pakeitimais įstatymas galioja ir krūvių sąveikai terpėje bei judantiems krūviams.

Vektorine forma C. Coulomb formuluotėje dėsnis parašytas taip:

kur yra jėga, kuria 1 krūvis veikia 2 krūvį; - krūvių dydis; - spindulio vektorius (vektorius, nukreiptas nuo 1 krūvio į krūvį 2, absoliučia reikšme lygus atstumui tarp krūvių -); - proporcingumo koeficientas. Taigi įstatyme nurodoma, kad panašūs krūviai atstumia (o priešingai – traukia).

Koeficientas k

SGSE įkrovos matavimo vienetas parenkamas taip, kad koeficientas k lygus vienam.

Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) vienas pagrindinių vienetų yra elektros srovės vienetas amperas, o krūvio vienetas kulonas yra jo darinys. Ampero vertė apibrėžiama taip, kad k= c2·10-7 H/m = 8,9875517873681764·109 N·m2/Cl2 (arba Ф−1·m). SI koeficientas k parašyta taip:

kur ≈ 8.854187817·10−12 F/m yra elektrinė konstanta.

Vienalytėje izotropinėje medžiagoje prie formulės vardiklio pridedama santykinė terpės dielektrinė konstanta ε.

Kulono dėsnis kvantinėje mechanikoje

Kvantinėje mechanikoje Kulono dėsnis nėra suformuluotas naudojant jėgos sąvoką, kaip yra klasikinė mechanika, bet naudojant Kulono sąveikos potencialios energijos sąvoką. Tuo atveju, kai kvantinėje mechanikoje nagrinėjamoje sistemoje yra elektriškai įkrautų dalelių, prie sistemos Hamiltono operatoriaus pridedami terminai, išreiškiantys potencialią Kulono sąveikos energiją, kaip ji skaičiuojama klasikinėje mechanikoje.

Taigi atomo su branduoliniu krūviu Hamiltono operatorius Z turi formą:

Čia m- elektronų masė, e- jo mokestis, - absoliuti vertė spindulio vektorius j th elektronas,. Pirmasis terminas išreiškia kinetinė energija elektronų, antrasis narys – elektronų ir branduolio Kulono sąveikos potenciali energija, o trečiasis – potenciali Kulono elektronų tarpusavio atstūmimo energija. Sumavimas pirmoje ir antroje sąlygose atliekamas per visus N elektronus. Trečiuoju terminu sumuojama visos elektronų poros, kiekviena pora įvyksta vieną kartą.

Kulono dėsnis kvantinės elektrodinamikos požiūriu

Remiantis kvantine elektrodinamika, įkrautų dalelių elektromagnetinė sąveika vyksta keičiantis virtualiems fotonams tarp dalelių. Laiko ir energijos neapibrėžtumo principas leidžia egzistuoti virtualiems fotonams tarp jų emisijos ir sugerties momentų. Kuo mažesnis atstumas tarp įkrautų dalelių, tuo mažiau laiko reikia virtualiems fotonams įveikti šį atstumą, taigi, tuo didesnė virtualių fotonų energija, kurią leidžia neapibrėžtumo principas. Esant nedideliems atstumams tarp krūvių, neapibrėžtumo principas leidžia keistis tiek ilgosios, tiek trumposios bangos fotonais, o dideli atstumai Mainuose dalyvauja tik ilgųjų bangų fotonai. Taigi, naudojant kvantinę elektrodinamiką, galima išvesti Kulono dėsnį.

Istorija

Pirmą kartą G. V. Richmanas pasiūlė eksperimentiškai ištirti elektra įkrautų kūnų sąveikos dėsnį 1752–1753 m. Šiam tikslui jis ketino naudoti savo sukurtą „rodyklės“ elektrometrą. Įgyvendinti šį planą sutrukdė tragiška Richmano mirtis.

1759 metais Sankt Peterburgo mokslų akademijos fizikos profesorius F. Epinusas, po jo mirties perėmęs Richmanno kėdę, pirmą kartą pasiūlė, kad krūviai turėtų sąveikauti atvirkščiai proporcingai atstumo kvadratui. Jis pasirodė 1760 m trumpą žinutę kad D. Bernoulli Bazelyje nustatė kvadratinis dėsnis naudojant jo sukurtą elektrometrą. 1767 m. Priestley knygoje „Elektros istorija“ pažymėjo, kad Franklino eksperimentas, leidžiantis atrasti elektrinio lauko nebuvimą įkrautame metaliniame rutulyje, gali reikšti, kad "Elektrinė trauka atitinka tą patį dėsnį kaip ir gravitacija, tai yra atstumo kvadratas". Škotų fizikas Johnas Robisonas (1822) teigė, kad 1769 m. atrado, kad vienodo elektros krūvio rutuliai atstumia jėga, atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui, ir taip numatė Kulono dėsnio atradimą (1785).

Maždaug 11 metų prieš Kuloną, 1771 m., G. Cavendish eksperimentiškai atrado krūvių sąveikos dėsnį, tačiau rezultatas nebuvo paskelbtas ir ilgą laiką(daugiau nei 100 metų) liko nežinoma. Cavendisho rankraščius D. C. Maxwellui perdavė tik 1874 m. vienas iš Cavendisho palikuonių iškilmingas atidarymas Cavendish laboratorija ir išleista 1879 m.

Pats Kulonas tyrinėjo siūlų sukimąsi ir išrado sukimo balansą. Jis atrado savo dėsnį naudodamas juos įkrautų rutulių sąveikos jėgoms matuoti.

Kulono dėsnis, superpozicijos principas ir Maksvelo lygtys

Kulono dėsnis ir elektrinių laukų superpozicijos principas yra visiškai lygiaverčiai Maksvelo lygtims elektrostatikai ir. Tai yra, Kulono dėsnis ir elektrinių laukų superpozicijos principas yra tenkinami tada ir tik tada, kai tenkinamos Maksvelo elektrostatikos lygtys ir, atvirkščiai, Maksvelo elektrostatikos lygtys tenkinamos tada ir tik tada, kai tenkinami Kulono dėsnis ir elektrinių laukų superpozicijos principas.

Kulono dėsnio tikslumo laipsnis

Kulono dėsnis yra eksperimentiškai nustatytas faktas. Jo pagrįstumą ne kartą patvirtino vis tikslesni eksperimentai. Viena tokių eksperimentų kryptis yra patikrinti, ar eksponentas skiriasi r dėsnyje nuo 2. Norėdami rasti šį skirtumą, naudojame faktą, kad jei galia lygi du, tai laidininko ertmės viduje nėra lauko, kad ir kokia būtų ertmės ar laidininko forma.

1971 m. JAV atlikti E. R. Williamso, D. E. Vollerio ir G. A. Hillo eksperimentai parodė, kad Kulono dėsnis yra lygus 2.

Siekdami patikrinti Kulono dėsnio tikslumą atominiais atstumais, W. Yu ir R. Rutherford 1947 m. naudojo vandenilio energijos lygių santykinių padėčių matavimus. Nustatyta, kad net esant atominiams 10–8 cm atstumams Kulono dėsnio rodiklis nuo 2 skiriasi ne daugiau kaip 10–9.

Kulono dėsnio koeficientas išlieka pastovus 15·10−6 tikslumu.

Kulono dėsnio pataisos kvantinėje elektrodinamikoje

Mažais atstumais (komptono elektronų bangos ilgio eilės, ≈3,86·10−13 m, kur yra elektrono masė, yra Planko konstanta, yra šviesos greitis), netiesiniai kvantinės elektrodinamikos efektai tampa reikšmingi: keičiasi virtualūs fotonai uždedami ant virtualių elektronų-pozitronų (taip pat ir miuono-antimuono ir taon-antitaono) porų, o atrankos įtaka sumažėja (žr. renormalizaciją). Abu efektai lemia, kad krūvių sąveikos potencialios energijos išraiškoje atsiranda eksponentiškai mažėjančių eilės terminų ir dėl to sąveikos jėga padidėja, palyginti su ta, kuri apskaičiuojama pagal Kulono dėsnį. Pavyzdžiui, taškinio krūvio potencialo išraiška SGS sistemoje, atsižvelgiant į pirmos eilės spinduliuotės korekcijas, yra tokia:

kur yra elektrono Komptono bangos ilgis, yra konstanta smulki struktūra Ir. Maždaug ~ 10–18 m atstumu, kur yra W bozono masė, atsiranda elektrosilpnas poveikis.

Stiprioje išorėje elektromagnetiniai laukai, sudarančios pastebimą vakuuminio skilimo lauko dalį (~1018 V/m arba ~109 Tesla, tokie laukai stebimi, pavyzdžiui, prie kai kurių tipų neutroninių žvaigždžių, būtent magnetarų), Kulono dėsnis taip pat pažeidžiamas, nes iki Delbrücko pasikeitusių fotonų sklaida ant fotonų išorinis laukas ir kiti, sudėtingesni netiesiniai efektai. Šis reiškinys sumažėja Kulono jėga ne tik mikro, bet ir makro mastelėmis, ypač stipriame magnetiniame lauke, Kulono potencialas krinta ne atvirkščiai proporcingai atstumui, o eksponentiškai.

Kulono dėsnis ir vakuuminė poliarizacija

Vakuuminės poliarizacijos reiškinys kvantinėje elektrodinamikoje susideda iš virtualių elektronų-pozitronų porų susidarymo. Elektronų ir pozitronų porų debesis ekranuoja elektrono elektrinį krūvį. Ekranavimas didėja didėjant atstumui nuo elektrono, todėl efektyvusis elektrono elektros krūvis yra mažėjanti atstumo funkcija. Elektrono, turinčio elektros krūvį, sukuriamą efektyvų potencialą galima apibūdinti formos priklausomybe. Efektyvus krūvis priklauso nuo atstumo pagal logaritminį dėsnį:

T.n. smulkios struktūros konstanta ≈7,3·10−3;

T.n. klasikinis spindulys elektronas ≈2,8·10-13 cm..

Juhling efektas

Deviacijos reiškinys elektrostatinis potencialas taškiniai krūviai vakuume nuo Kulono dėsnio vertės yra žinomi kaip Juhlingo efektas, kuris pirmasis apskaičiavo vandenilio atomo nukrypimus nuo Kulono dėsnio. Uehlingo efektas suteikia Lamb poslinkio korekciją 27 MHz.

Kulono dėsnis ir supersunkieji branduoliai

Stipriame elektromagnetiniame lauke šalia supersunkūs branduoliai su įkrovimu atliekamas vakuumo restruktūrizavimas, panašus į įprastą fazių perėjimas. Tai veda prie Kulono įstatymo pataisų

Kulono dėsnio reikšmė mokslo istorijoje

Kulono dėsnis yra pirmasis atviras kiekybinis įstatymas, suformuluotas matematine kalba elektromagnetiniai reiškiniai. Šiuolaikinis elektromagnetizmo mokslas prasidėjo atradus Kulono dėsnį.

Taip pat žr

• Elektrinis laukas
• Ilgas nuotolis
• Bioto-Savarto-Laplaso dėsnis
• Traukos dėsnis
• Pakabukas, Charlesas Augustinas de
• Pakabukas (matavimo vienetas)
• Superpozicijos principas
• Maksvelo lygtys

Nuorodos

• Kulono dėsnis (vaizdo pamoka, 10 klasės programa)

Pastabos

1. Landau L.D., Lifshits E.M. Teorinė fizika: Vadovėlis. vadovas: universitetams. 10 tomų T. 2 Lauko teorija. - 8 leidimas, stereot. - M.: FIZMATLIT, 2001. - 536 p. - ISBN 5-9221-0056-4 (t. 2), Ch. 5 Pastovus elektromagnetinis laukas, 38 pastraipa Tolygiai judančio krūvio laukas, 132 p
2. Landau L. D., Lifshits E. M. Teorinė fizika: vadovėlis. vadovas: universitetams. 10 tomų T. 3. Kvantinė mechanika (nereliatyvistinė teorija). - 5 leidimas, stereot. - M.: Fizmatlit, 2002. - 808 p. - ISBN 5-9221-0057-2 (t. 3), sk. 3 Schrödingerio lygtis, p. 17 Schrödinger lygtis, p. 74
3. G. Bethe Kvantinė mechanika. - per. iš anglų kalbos, red. V. L. Bonch-Bruevich, „Mir“, M., 1965, 1 dalis Atominės sandaros teorija, Ch. 1 Šriodingerio lygtis ir apytiksliai jos sprendimo metodai, p. 11
4. R. E. Peierlso gamtos dėsniai. juosta iš anglų kalbos red. prof. I. M. Chalatnikova, Valstybinė fizinės ir matematinės literatūros leidykla, M., 1959, pakopa. 20 000 egz., 339 p., Ch. 9 „Elektronai prie dideliu greičiu“, p. „Jėgos dideliu greičiu. Kiti sunkumai“, p. 263
5. L. B. Okun... z Elementarus įvadas į elementariųjų dalelių fiziką, M., Nauka, 1985, Biblioteka “Kvant”, t. 45, p. Virtualios dalelės“, Su. 57.
6. Novi Comm. Akad. Sc. Imp. Petropolitanae, v. IV, 1758, p. 301.
7. Epinus F.T.U. Elektros ir magnetizmo teorija. - L.: SSRS mokslų akademija, 1951. - 564 p. - (Mokslo klasika). – 3000 egzempliorių.
8. Abelis Socinas (1760 m.) Acta Helvetica, t. 4, 224-225 psl.
9. J. Priestley. Istorija ir dabartinė elektros būklė su originaliais eksperimentais. Londonas, 1767, p. 732.
10. Džonas Robisonas Mechaninės filosofijos sistema(Londonas, Anglija: John Murray, 1822), t. 4. 68 puslapyje Robisonas teigia, kad 1769 m. jis paskelbė savo jėgos, veikiančios tarp sferų, matavimus. vienodas krūvis, taip pat aprašoma šios srities tyrimų istorija, atkreipiant dėmesį į Apinuso, Cavendish ir Coulomb vardus. 73 puslapyje autorius rašo, kad jėga keičiasi kaip x−2,06.
11. S. R. Filonovičius „Kavendišas, Kulonas ir elektrostatika“, M., „Žinios“, 1988, BBK 22.33 F53, sk. „Įstatymo likimas“, p. 48
12. R. Feynman, R. Layton, M. Sands, Feynman Lectures on Physics, t. 5, „Elektra ir magnetizmas“, vert. iš anglų kalbos, red. Taip A. Smorodinsky, red. 3, M., Redakcija URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (Elektra ir magnetizmas), ISBN 5-354-00698-8 ( Pilnas darbas), sk. 4 „Elektrostatika“, 1 dalis „Statika“, p. 70-71;
13. R. Feynman, R. Layton, M. Sands, Feynman Lectures on Physics, t. 5, „Elektra ir magnetizmas“, vert. iš anglų kalbos, red. Taip A. Smorodinsky, red. 3, M., Redakcija URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (Elektra ir magnetizmas), ISBN 5-354-00698-8 (Visas darbas), sk. 5 „Gauso dėsnio taikymas“, 10 pastraipa „Laukas laidininko ertmės viduje“, p. 106-108;
14. E. R. Williams, J. E. Faller, H. A. Hill „Naujas eksperimentinis Kulono dėsnio testas: laboratorinė viršutinė fotonų ramybės masės riba“, Phys. Rev. Lett. 26, 721-724 (1971);
15. W. E. Lambas, R. C. Retherfordas Puiki vandenilio atomo struktūra mikrobangų metodu (anglų k.) // Fizinė apžvalga. - T. 72. - Nr. 3. - P. 241-243.
16. 1 2 R. Feynman, R. Layton, M. Sands, Feynman Lectures on Physics, t. 5, „Elektra ir magnetizmas“, vert. iš anglų k., red. Taip A. Smorodinskis, red. 3, M., Redakcija URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (Elektra ir magnetizmas), ISBN 5-354-00698-8 (Visas darbas), sk. 5 „Gauso dėsnio taikymas“, 8 pastraipa „Ar Kulono dėsnis tikslus?“, p. 103;
17. CODATA (Mokslo ir technologijų duomenų komitetas)
18. Berestetskis, V. B., Lifshitsas, E. M., Pitajevskis, L. P. Kvantinė elektrodinamika. - 3-asis leidimas, pataisytas. - M.: Nauka, 1989. - P. 565-567. – 720 s. - („Teorinė fizika“, IV tomas). - ISBN 5-02-014422-3
19. Neda Sadooghi Modifikuotas QED Kulono potencialas stipriame magnetiniame lauke (anglų k.).
20. Okun L. B. „Elementariųjų dalelių fizika“, red. 3, M., „Redakcija URSS“, 2005, ISBN 5-354-01085-3, BBK 22.382 22.315 22.3o, sk. 2 „Gravitacija. Elektrodinamika“, „Vakuuminė poliarizacija“, p. 26-27;
21. „Mikropasaulio fizika“, sk. red. D. V. Širkovas, M. “ Sovietinė enciklopedija“, 1980, 528 p., iliustr., 530.1(03), F50, str. „Efektyvus įkrovimas“, autorius. Art. D. V. Širkovas, 496 p.
22. Yavorsky B. M. „Fizikos vadovas inžinieriams ir universiteto studentams“ / B. M. Yavorsky, A. A. Detlaf, A. K. Lebedev, 8-asis leidimas, pataisytas. ir red., M.: Onyx Publishing House LLC, Mir and Education Publishing House LLC, 2006, 1056 p.: iliustr., ISBN 5-488-00330-4 (Onyx Publishing House LLC), ISBN 5-94666 -260- 0 (leidykla Mir and Education LLC), ISBN 985-13-5975-0 (Harvest LLC), UDC 530 (035) BBK 22.3, Ya22, „Programos“, „Pagrindinės fizinės konstantos“, su . 1008;
23. Uehling E. A., Phys. Rev., 48, 55, (1935)
24. „Mezonai ir laukai“ S. Schweber, G. Bethe, F. Hoffmann 1 tomas Laukai sk. 5 Dirako lygties savybės, 2 dalis neigiama energija c. 56, sk. 21 Renormalizacija, 5 pastraipa Vakuuminė poliarizacija iš 336
25. A. B. Migdal „Vakuumo poliarizacija stiprūs laukai ir piono kondensacija“, „Pažanga fiziniai mokslai“, t. 123, v. 3, 1977, lapkritis, p. 369-403;
26. Spiridonovas O.P. „Visuotinės fizinės konstantos“, M., „Apšvietimas“, 1984, p. 52-53;

Literatūra

1. Filonovičius S. R. Likimas klasikinė teisė. - M., Nauka, 1990. - 240 p., ISBN 5-02-014087-2 (Kvanto biblioteka, 79 leidimas), nuor. 70500 egzempliorių

• Fiziniai dėsniai
• Elektrostatika

Kulono dėsnis

Kulono dėsnis– vienas iš pagrindinių elektrostatikos dėsnių, kuris lemia dviejų nesunaikinamų taškinių krūvių sąveikos dydį ir tiesioginę jėgą. Pirmą kartą 1773 m. šį įstatymą eksperimentiškai pakankamai tiksliai nustatė Henry Cavendish. Jis sukūrė sferinio kondensatoriaus metodą nepaskelbęs savo rezultatų. 1785 m. įstatymą sukūrė Charlesas Coulombas, naudodamas specialius sukimo apribojimus.

Viznachennya

vektorinei formai:

F 12 = k ⋅ q 1 ⋅ q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F_(12)) =k\cdot (\frac (q_(1)\cdot q_(2))(r_(12) ^(3)))\mathbf (r_(12)) ,

Sąveikos jėga nukreipta ta pačia kryptimi kaip ir krūviai, todėl panašūs krūviai traukia vienas kitą, o priešingi – Kulono dėsnio nulemtos jėgos yra adityvinės.

Kad įstatymas būtų suformuluotas, reikia pašvęsti šiuos protus:

1. Krūvių tikslumas – tarp įkrautų kūnų – gali būti daug didesnis, priklausomai nuo kūno dydžio.
2. Nepalaužiami mokesčiai. Užsitęsusiame epizode prie griūvančio krūvio reikia pridėti magnetinį lauką.
3. Įstatymas suformuluotas mokesčiams vakuume.

Tapo elektrostatinis

Proporcingumo koeficientas k Tai vadinama elektrostatiniu plienu. Vіn meluoti renkantis išnykimo vienetus. Taigi tarptautinė sistema turi vienetus (SI)

K = 1 4 π ε 0 ≈ (\displaystyle k=(\frac (1)(4\pi \varepsilon _(0)))\approx ) 8.987742438 109 N m2 Cl-2,

de ε 0 (\displaystyle \varepsilon _(0)) - tapo elektriniu. Kulono dėsnis atrodo taip:

F 12 = 1 4 π ε 0 q 1 q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F) _(12)=(\frac (1)(4\pi \varepsilon _(0)))(\ frac (q_(1)q_(2))(r_(12)^(3)))\mathbf (r) _(12)) .

Pastaruosius trejus metus pagrindinė kai kurių modifikacijų sistema buvo GHS sistema. Daug klasikinės fizinės literatūros buvo parašyta remiantis viena iš GHS sistemos atmainų – Gauso vienetų sistema. Jos įkrovos vienetas išdėstytas taip, kad k=1, o Kulono dėsnis įgauna tokią formą:

F 12 = q 1 q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F)_(12)=(\frac (q_(1)q_(2))((r)_(12)^(3) ))\mathbf (r) _(12)) .

Panaši Kulono dėsnio forma gali egzistuoti ir atominėje sistemoje, kuri naudojama atomų fizikoje kvantinėms cheminėms reakcijoms.

Kulono dėsnis viduryje

Terpėje sąveikos jėga tarp krūvių kinta dėl poliarizacijos. Vienalytei izotropinei terpei pasikeičia šiai terpei būdinga proporcinga vertė, kuri vadinama dielektriniu plienu arba dielektrine skvarba ir dar vadinama ε (\displaystyle \varepsilon). Kulono jėga CI sistemoje atrodo taip

F 12 = 1 4 π ε ε 0 q 1 q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F) _(12)=(\frac (1)(4\pi \varepsilon \varepsilon _(0)) )(\frac (q_(1)q_(2))(r_(12)^(3)))\mathbf (r) _(12)) .

Dielektriškumas tapo labai artimas vienetui, todėl tokiu atveju vakuumo formulę galima nustatyti pakankamai tiksliai.

Atradimų istorija

Spėliones apie tai, kad elektrifikuotų kūnų sąveikai galioja tas pats proporcingumo ploto kvadratui dėsnis, kuris yra sunkus, palikuonys ne kartą lėmė XVIII amžiaus viduryje. 1770-ųjų pradžioje Henry Cavendishas eksperimentiškai atrado, bet savo rezultatų nepaskelbė, o apie juos sužinojo tik XIX amžiaus pabaigoje. po mano archyvo paskelbimo. Charlesas Kulonas 1785 m. įstatymą paskelbė dviejuose atsiminimuose, pateiktuose Prancūzijos mokslų akademijai. 1835 m. Karlas Gausas paskelbė Gauso teoremą, išvestą remiantis Kulono dėsniu. Pagal Gauso teoremą Kulono dėsnis įtrauktas į pagrindinius elektrodinamikos principus.

Įstatymo atšaukimas

Makroskopiniams tyrimams atliekant eksperimentus su antžeminėmis mintimis, kurie buvo atlikti Cavendish metodu, buvo pasiekta, kad r Pagal Kulono dėsnį 2 neįmanoma padalyti daugiau nei 6·10−16. Iš eksperimentų su alfa dalelių sklaida paaiškėja, kad Kulono dėsnis nepažeidžiamas iki 10–14 m atstumu dėsnis suformuluotas (valdžios sąvoka yra nya), praleidžia prasmę . Šioje plataus masto srityje galioja kvantinės mechanikos dėsniai.

Kulono dėsnis gali būti naudojamas kaip vienas iš kvantinės elektrodinamikos palikimų, kurio rėmuose įkrovimo dažnių sąveika apima virtualių fotonų mainus. Dėl to kvantinės elektrodinamikos principų testavimo eksperimentai gali būti sekami Kulono dėsnio testavimu. Taigi, eksperimentai su elektronų ir pozitronų anihiliacija rodo, kad kvantinės elektrodinamikos dėsniai netaikomi 10−18 m atstumui.

Div. taip pat

• Gauso teorema
• Lorenco jėga

Džerela

• Gončarenka S. U. Fizika: Pagrindiniai dėsniai ir formulės.. - K.: Libid, 1996. - 47 p.
• Kucherukas I. M., Gorbačiokas I. T., Lutsikas P. P. Elektra ir magnetizmas // Žagalno fizikos kursas. - K.: Technika, 2006. - T. 2. - 456 p.
• Frish S. E., Timoreva A. V. Elektrinės ir elektromagnetinės dėžės // Pasaulinės fizikos kursas. - K.: Radyanska School, 1953. - T. 2. - 496 p.
• Fizinė enciklopedija / Red. A. M. Prokhorova. - M.: Tarybinė enciklopedija, 1990. - T. 2. - 703 p.
• Sivukhin D.V. Elektra // Bendras kursas fizika. - M.: Fizmatlit, 2009. - T. 3. - 656 p.

Pastabos

1. A b Kulono dėsnį galima tiksliai pritaikyti sausiems krūviams, nes jų sklandumas yra daug mažesnis nei šviesos
2. A b Y – Coulomb (1785a) „Premier mémoire sur l'electricité et le magnétisme“, , psl. 569-577 -- Pakabukas buvo austas arba naudojamas vienodiems įkrovimams montuoti:
   

   574 puslapis: Il résulte donc de ces trois essais, que l"action repulsive que les deux balles electrifées de la même nature d"electricité exercent l"une sur l"autre, suit la raison inverse du carré des distances.

   Vertimas Be to, iš šių trijų išvadų išplaukia, kad jėga tarp dviejų elektrifikuotų ritinių, įkraunamų tos pačios prigimties elektra, atitinka apibrėžtojo proporcingumo dėsnį iki atstumo kvadrato.

   Y – Coulomb (1785b) „Second mémoire sur l'electricité et le magnétisme“, Karališkųjų mokslų akademijos istorija, 578-611 psl. - Pakabukas parodė, kad kūnus su gretimais krūviais traukia proporcinio ryšio jėga.

3. Tokia aiškiai sudėtinga samprotavimo formulė pasirinkta dėl to, kad tarptautinėje sistemoje pagrindinis vienetas yra ne elektros krūvis, o elektros srovės vienetas amperas, o pagrindinis elektrodinamikos lygis rašomas be daugiklio 4 π (\displaystyle 4 \pi ) .

Kulono dėsnis

Irina Ruderfer

Kulono dėsnis yra taškinių elektros krūvių sąveikos dėsnis.

Jį atrado Kulonas 1785 m. Atlikęs daugybę eksperimentų su metaliniais rutuliais, Charlesas Coulombas pateikė tokią dėsnio formuluotę:

Dviejų taškinių nejudančių įkrautų kūnų sąveikos jėga vakuume yra nukreipta išilgai tiesės, jungiančios krūvius, yra tiesiogiai proporcinga krūvio modulių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui.
Svarbu pažymėti, kad tam, kad įstatymas būtų teisingas, būtina:
1. taškinis krūvių pobūdis – tai yra, atstumas tarp įkrautų kūnų yra daug didesnis nei jų dydžiai.
2.jų nejudrumas. Kitu atveju reikia atsižvelgti į papildomus efektus: atsirandantį judančio krūvio magnetinį lauką ir atitinkamą papildomą Lorenco jėgą, veikiančią kitą judantį krūvį.
3.sąveika vakuume.
Tačiau su tam tikrais pakeitimais įstatymas galioja ir krūvių sąveikai terpėje bei judantiems krūviams.

Vektorine forma C. Coulomb formuluotėje dėsnis parašytas taip:

kur F1,2 yra jėga, kuria 1 krūvis veikia 2 krūvį; q1,q2 - krūvių dydis; - spindulio vektorius (vektorius, nukreiptas iš 1 krūvio į krūvį 2, absoliučia reikšme lygus atstumui tarp krūvių - r12); k - proporcingumo koeficientas. Taigi įstatyme nurodoma, kad panašūs krūviai atstumia (o priešingai – traukia).

Nelyginkite prieš grūdus!

Tūkstančius metų žinodami apie elektros egzistavimą, žmonės ją moksliškai pradėjo tirti tik XVIII amžiuje. (Įdomu, kad tos eros mokslininkai, kurie ėmėsi šios problemos, elektros energiją įvardijo kaip atskirą mokslą nuo fizikos ir vadino save „elektrikais“.) Vienas iš pirmaujančių elektros pradininkų buvo Charlesas Augustinas de Coulombas. Atidžiai ištyręs įvairius elektrostatinius krūvius turinčių kūnų sąveikos jėgas, jis suformulavo dėsnį, kuris dabar vadinasi jo vardu. Iš esmės savo eksperimentus jis atliko taip: įvairūs elektrostatiniai krūviai buvo perkelti į du mažus rutuliukus, pakabintus ant ploniausių siūlų, o po to suspensijos su rutuliais priartėjo. Kai jie priartėjo pakankamai arti, rutuliai pradėjo traukti vienas prie kito (su priešingu elektros krūvių poliškumu) arba atstumti (vienpolių krūvių atveju). Dėl to sriegiai nukrypo nuo vertikalės pakankamai dideliu kampu, kuriame elektrostatinės traukos arba atstūmimo jėgos buvo subalansuotos jėgų. gravitacija. Išmatavus įlinkio kampą ir žinodamas rutuliukų masę bei pakabų ilgį, Kulonas apskaičiavo elektrostatinės sąveikos jėgas skirtingais rutuliukų atstumais vienas nuo kito ir, remdamasis šiais duomenimis, išvedė empirinę formulę:

Kur Q ir q yra elektrostatinių krūvių dydžiai, D yra atstumas tarp jų, o k yra eksperimentiškai nustatyta Kulono konstanta.

Iš karto atkreipkime dėmesį į du įdomių akimirkų Kulono įstatyme. Pirma, savaip matematinė forma jis pakartoja įstatymą universalioji gravitacija Niutono, jei pastarajame mases pakeisime krūviais, o Niutono konstantą – Kulono konstanta. Ir šiam panašumui yra visos priežastys. Pagal šiuolaikinį kvantinė teorija laukai tiek elektriniai, tiek gravitaciniai laukai atsiranda, kai fiziniai kūnai keičiasi tarpusavyje elementariomis energiją nešančiomis dalelėmis, neturinčiomis ramybės masės – atitinkamai fotonais arba gravitonais. Taigi, nepaisant akivaizdaus gravitacijos ir elektros prigimties skirtumo, šios dvi jėgos turi daug bendro.

Antra svarbi pastaba susijusi su Kulono konstanta. Kai škotų teorinis fizikas Jamesas Clerkas Maxwellas išvedė Maksvelo lygčių sistemą bendras aprašymas elektromagnetinių laukų, paaiškėjo, kad Kulono konstanta yra tiesiogiai susijusi su šviesos greičiu c. Galiausiai Albertas Einšteinas parodė, kad reliatyvumo teorijos rėmuose c atlieka esminės pasaulio konstantos vaidmenį. Tokiu būdu galime atsekti, kaip abstrakčiausias ir universalios teorijos šiuolaikinis mokslas vystėsi palaipsniui, įsisavinant anksčiau gautus rezultatus, pradedant nuo paprastos išvados, pagamintas remiantis staliniais fiziniais eksperimentais.
http://elementy.ru/trefil/coulomb_law
http://www.fieldphysics.ru/coulombs_law/
http://www.vnz.ru/spravki/zakon-Kulona.html