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

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

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;
jų nejudrumas. Priešingu atveju įsigali papildomi efektai: judančio krūvio magnetinis laukas ir atitinkama papildoma Lorenco jėga, veikianti kitą judantį krūvį;
sąveika vakuume.

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 iš 1 krūvio į krūvį 2 ir 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 formuluojamas ne naudojant jėgos sąvoką, kaip klasikinėje mechanikoje, o 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:

j)\frac(e^2)(r_(ij))" src="http://upload.wikimedia.org/math/d/0/8/d081b99fac096b0e0c5b4290a9573794.png">.

Čia m- elektronų masė, e yra jo krūvis, yra spindulio vektoriaus absoliuti reikšmė j th elektronas,. Pirmasis dėmuo išreiškia elektronų kinetinę energiją, antrasis – potencinę elektronų sąveikos su branduoliu energiją, o trečiasis – potencialią Kulono elektronų tarpusavio atstūmimo energiją. 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. Mažais atstumais tarp krūvių neapibrėžtumo principas leidžia keistis tiek ilgosios, tiek trumposios bangos fotonais, o dideliais atstumais mainuose dalyvauja tik ilgosios bangos 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. 1760 metais pasirodė trumpas pranešimas, kad D. Bernoulli Bazelyje nustatė kvadratinį dėsnį naudodamas savo sukurtą elektrometrą. 1767 m. Priestley savo knygoje Elektros istorija pažymėjo, kad Franklino atradimas, jog įkrautame metaliniame rutulyje nėra elektrinio lauko, 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., krūvių sąveikos dėsnį eksperimentiškai atrado G. Cavendish, tačiau rezultatas nebuvo paskelbtas ir liko nežinomas ilgą laiką (daugiau nei 100 metų). Cavendisho rankraščius D. C. Maxwellui padovanojo tik 1874 m. vienas iš Kavendišo palikuonių per Cavendish laboratorijos inauguraciją ir paskelbė 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 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 (pagal Komptono elektronų bangos ilgį, ≈3,86·10−13 m, kur yra elektrono masė, Planko konstanta ir šviesos greitis) netiesiniai kvantinės elektrodinamikos efektai tampa reikšmingi: mainai. virtualių fotonų yra uždėtas ant virtualių elektronų-pozitronų (taip pat miuono-antimuono ir taon-antitaono) porų, todėl 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, smulkiosios struktūros konstanta ir . Maždaug ~ 10–18 m atstumu, kur yra W bozono masė, atsiranda elektrosilpnas poveikis.

Stipriuose išoriniuose elektromagnetiniuose laukuose, sudarančius pastebimą vakuuminio skilimo lauko dalį (maždaug ~1018 V/m arba ~109 Tesla, tokie laukai stebimi, pavyzdžiui, prie kai kurių tipų neutroninių žvaigždžių, būtent magnetarų), Kulono įstatymas taip pat pažeidžiamas dėl Delbrücko mainų fotonų sklaidos ant išorinio lauko fotonų ir kitų sudėtingesnių netiesinių efektų. Šis reiškinys sumažina Kulono jėgą ne tik mikro, bet ir makro skalėje, 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 efektyvųjį potencialą galima apibūdinti formos priklausomybe. Efektyvus krūvis priklauso nuo atstumo pagal logaritminį dėsnį:

- vadinamasis smulkios struktūros konstanta ≈7,3·10−3;

- vadinamasis klasikinio elektrono spindulys ≈2.8·10−13 cm.

Juhling efektas

Taškinių krūvių elektrostatinio potencialo nukrypimo nuo Kulono dėsnio vertės reiškinys vakuume yra žinomas 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 supersunkių branduolių, kurių krūvis yra 170" src="http://upload.wikimedia.org/math/0/d/7/0d7b5476a5437d2a99326cf04b131458.png"> vyksta vakuumo restruktūrizavimas, panašus į vakuumą konvencinis fazinis perėjimas veda į Kulono dėsnio pataisymus.

Kulono dėsnio reikšmė mokslo istorijoje

Kulono dėsnis yra pirmasis atviras kiekybinis elektromagnetinių reiškinių dėsnis, suformuluotas matematine kalba. Šiuolaikinis elektromagnetizmo mokslas prasidėjo atradus Kulono dėsnį.

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 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 Sausosios trinties dėsnį žr. Amontono-Kuulo dėsnyje Magnetostatika Elektrodinamika Elektros grandinė Kovariantų formulė Įžymūs mokslininkai

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

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

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

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 tūriškai paskirstytų krūvių su sferiškai simetriškais nesikertančiais erdviniais pasiskirstymais sąveikos jėga yra lygi kūno jėgai. dviejų lygiaverčių taškinių krūvių, esančių sferinės simetrijos centruose, sąveika;
jų nejudrumas. Priešingu atveju įsigali papildomi efektai: judančio krūvio magnetinis laukas ir atitinkama papildoma Lorenco jėga, veikianti kitą judantį krūvį;
sąveika vakuume.

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).

Koeficientas k

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

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

Taigi atomo su branduoliniu krūviu Hamiltono operatorius Z turi formą:

Kulono dėsnis kvantinės elektrodinamikos požiūriu

Istorija

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

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

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 smulkiosios struktūros konstanta ir. Maždaug ~ 10–18 m atstumu, kur yra W bozono masė, atsiranda elektrosilpnas poveikis.

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. Efektyvųjį potencialą, kurį sukuria elektrono su elektros krūviu, galima apibūdinti formos priklausomybe. Efektyvus krūvis priklauso nuo atstumo pagal logaritminį dėsnį:

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

T.n. klasikinis elektrono spindulys ≈2,8·10−13 cm..

Juhling efektas

Kulono dėsnis ir supersunkieji branduoliai

Stipriame elektromagnetiniame lauke šalia supersunkių branduolių su krūviu vyksta vakuumo restruktūrizavimas, panašus į įprastą fazės perėjimą. Tai veda prie Kulono įstatymo pataisų

Kulono dėsnio reikšmė mokslo istorijoje

Kulono dėsnis yra pirmasis atviras kiekybinis elektromagnetinių reiškinių dėsnis, suformuluotas matematine kalba. Šiuolaikinis elektromagnetizmo mokslas prasidėjo atradus Kulono dėsnį.

taip pat žr

Elektrinis laukas
Ilgo nuotolio
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

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
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
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. vienuolika
R. E. Peierlso gamtos dėsniai. juosta iš anglų kalbos Redaguota prof. I. M. Chalatnikova, Valstybinė fizikos ir matematikos literatūros leidykla, M., 1959, galerija. 20 000 egz., 339 p., Ch. 9 „Elektronai dideliu greičiu“, pastraipa „Jėgos dideliu greičiu. Kiti sunkumai“, p. 263
L. B. Okun... z Elementarus įvadas į elementariųjų dalelių fiziką, M., Nauka, 1985, Biblioteka “Kvant”, t. 45, p. „Virtualios dalelės“, p. 57.
Novi Comm. Akad. Sc. Imp. Petropolitanae, v. IV, 1758, p. 301.
Epinus F.T.U. Elektros ir magnetizmo teorija. - L.: SSRS mokslų akademija, 1951. - 564 p. - (Mokslo klasika). – 3000 egzempliorių.
Abelis Socinas (1760 m.) Acta Helvetica, t. 4, 224-225 psl.
J. Priestley. Elektros istorija ir dabartinė būklė su originaliais eksperimentais. Londonas, 1767, p. 732.
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 panašaus krūvio sferų, matavimus, taip pat aprašo šios srities tyrimų istoriją, pažymėdamas Apinus, Cavendish ir Coulomb vardus. 73 puslapyje autorius rašo, kad jėga keičiasi kaip x−2,06.
S. R. Filonovičius „Kavendišas, Kulonas ir elektrostatika“, M., „Žinios“, 1988, BBK 22.33 F53, sk. „Įstatymo likimas“, p. 48
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. 4 „Elektrostatika“, 1 dalis „Statika“, p. 70-71;
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;
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);
W. E. Lambas, R. C. Retherfordas Puiki vandenilio atomo struktūra mikrobangų metodu (anglų k.) // Fizinė apžvalga. - T. 72. - Nr. 3. - P. 241-243.
1 2 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“, 8 pastraipa „Ar Kulono dėsnis tikslus?“, p. 103;
CODATA (Mokslo ir technologijų duomenų komitetas)
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
Neda Sadooghi Modifikuotas QED Kulono potencialas stipriame magnetiniame lauke (anglų k.).
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;
„Mikropasaulio fizika“, sk. red. D. V. Širkovas, M., „Tarybų enciklopedija“, 1980, 528 p., iliustr., 530.1(03), F50, str. „Efektyvus įkrovimas“, autorius. Art. D. V. Širkovas, 496 p.
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;
Uehling E.A., Phys. Rev., 48, 55, (1935)
„Mezonai ir laukai“ S. Schweber, G. Bethe, F. Hoffmann 1 tomas Laukai sk. 5 Dirako lygties savybės p. 2. Būsenos su neigiama energija c. 56, sk. 21 Renormalizacija, 5 pastraipa Vakuuminė poliarizacija iš 336
A. B. Migdal „Vakuuminė poliarizacija stipriuose laukuose ir pioninė kondensacija“, „Fizikinių mokslų pažanga“, t. 123, v. 3, 1977, lapkritis, p. 369-403;
Spiridonovas O.P. „Visuotinės fizinės konstantos“, M., „Apšvietimas“, 1984, p. 52-53;

Literatūra

Filonovičius S. R. Klasikinio įstatymo likimas. - M., Nauka, 1990. - 240 p., ISBN 5-02-014087-2 (Kvanto biblioteka, 79 leidimas), nuor. 70500 egzempliorių

Kategorijos:

Fiziniai dėsniai
Elektrostatika

Kulono dėsnis

Torsioninė Kulono Teresė

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

Dviejų taškinių nejudančių krūvių q 1 ir q 2 vakuume elektrostatinė sąveikos jėga F 12 yra tiesiogiai proporcinga krūvių absoliučios vertės pridėjimui ir yra proporcinga atstumo r 12 tarp jų kvadratui. F 12 = k ⋅ q 1 ⋅ q 2 r 12 2 (\displaystyle F_(12)=k\cdot (\frac (q_(1)\cdot q_(2))(r_(12)^(2))) ),

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 tarp krūvių, todėl panašūs krūviai traukia vienas kitą, o priešingi – Kulono dėsnio nulemtos jėgos yra adityvinės.

Kad įstatymas būtų suformuluotas, reikia pašvęsti šiuos protus:

Krūvių tikslumas – tarp įkrautų kūnų – gali būti daug didesnis, priklausomai nuo kūno dydžio.
Nepalaužiami mokesčiai. Užsitęsusiame epizode prie griūvančio krūvio reikia pridėti magnetinį lauką.
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

Spėliojimų 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 naudojant Cavendish metodą, yra rodiklis r Pagal Kulono dėsnį 2 neįmanoma padalyti daugiau nei 6·10−16. Iš eksperimentų su alfa dalelių sklaida atrodo, kad Kulono dėsnis nepažeidžiamas iki 10–14 m atstumu dėsnis suformuluotas (jėgos 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.: Radyanskaya mokykla, 1953. - T. 2. - 496 p.
Fizinė enciklopedija / Red. A. M. Prokhorova. - M.: Tarybinė enciklopedija, 1990. - T. 2. - 703 p.
Sivukhin D.V. Elektra // Bendrasis fizikos kursas. - M.: Fizmatlit, 2009. - T. 3. - 656 p.

Pastabos

A b Kulono dėsnį galima tiksliai pritaikyti sausiems krūviams, nes jų sklandumas yra daug mažesnis nei šviesos
A b Y – Coulomb (1785a) „Premier mémoire sur l'electricité et le magnétisme“, , psl. 569-577 -- Pakabukas pagamintas iš jėgos, kad būtų galima įterpti identiškus krūvius:
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.
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. Kulono 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!

Žinodami apie elektros egzistavimą tūkstančius metų, žmonės moksliškai ją 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 siūlai nukrypo nuo vertikalės pakankamai dideliu kampu, kuriame elektrostatinės traukos arba atstūmimo jėgos buvo subalansuotos gravitacijos jėgomis. 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 įdomius Kulono dėsnio punktus. Pirma, savo matematine forma jis pakartoja Niutono visuotinės gravitacijos dėsnį, jei pastarajame mases pakeičiame krūviais, o Niutono konstantą – Kulono konstanta. Ir šiam panašumui yra visos priežastys. Pagal šiuolaikinę kvantinio lauko teoriją, tiek elektrinis, tiek gravitacinis 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 bendram elektromagnetinių laukų aprašymui, 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 galima atsekti, kaip palaipsniui vystėsi abstrakčiausios ir universaliausios šiuolaikinio mokslo teorijos, įsisavinančios anksčiau gautus rezultatus, pradedant nuo paprastų išvadų, padarytų remiantis staliniais fiziniais eksperimentais.
http://elementy.ru/trefil/coulomb_law
http://www.fieldphysics.ru/coulombs_law/
http://www.vnz.ru/spravki/zakon-Kulona.html

Publikacijos pagal D. Giancoli medžiagą. „Fizika dviejuose tomuose“, 1984 m., 2 tomas.

Tarp elektros krūvių yra jėga. Kaip tai priklauso nuo krūvių dydžio ir kitų veiksnių?
Šį klausimą 1780-aisiais nagrinėjo prancūzų fizikas Charlesas Kulonas (1736–1806). Gravitacijos konstantai nustatyti jis naudojo sukimo svarstykles, labai panašias į tas, kurias naudojo Cavendish.
Jei ant sriegio pakabinto strypo gale esantis rutulys yra įkraunamas, strypas šiek tiek nukrypsta, sriegis pasisuka ir sriegio sukimosi kampas bus proporcingas jėgai, veikiančiai tarp krūvių (sukimo balansas). ). Naudodamas šį prietaisą, Kulonas nustatė jėgos priklausomybę nuo krūvių dydžio ir atstumo tarp jų.

Tuo metu nebuvo prietaisų, leidžiančių tiksliai nustatyti įkrovos dydį, tačiau Kulonas sugebėjo paruošti mažus rutuliukus su žinomu įkrovos santykiu. Jei įelektrintas laidus rutulys, jis samprotavo, liečiasi su lygiai tuo pačiu neįkrautu rutuliu, tada pirmojo rutulio krūvis dėl simetrijos pasiskirstys vienodai tarp dviejų rutulių.
Tai suteikė jam galimybę gauti 1/2, 1/4 ir kt. nuo originalaus.
Nepaisant tam tikrų sunkumų, susijusių su krūvių indukcija, Kulonas sugebėjo įrodyti, kad jėga, kuria vienas įkrautas kūnas veikia kitą mažą įkrautą kūną, yra tiesiogiai proporcingas kiekvieno iš jų elektriniam krūviui.
Kitaip tariant, jei kurio nors iš šių kūnų krūvis padvigubės, jėga taip pat padvigubės; jei abiejų kūnų krūviai padvigubės vienu metu, jėga padidės keturis kartus. Tai tiesa, jei atstumas tarp kūnų išlieka pastovus.
Keisdamas atstumą tarp kūnų, Kulonas atrado, kad tarp jų veikianti jėga yra atvirkščiai proporcinga atstumo kvadratui: jei atstumas, tarkime, padvigubėja, jėga tampa keturis kartus mažesnė.

Taigi, Kulonas padarė išvadą, jėga, kuria vienas mažas įkrautas kūnas (idealiu atveju taškinis krūvis, t. y. kūnas kaip materialus taškas, neturintis erdvinių matmenų) veikia kitą įkrautą kūną, yra proporcinga jų krūvių sandaugai. K 1 ir K 2 ir yra atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui:

Čia k- proporcingumo koeficientas.
Šis santykis žinomas kaip Kulono dėsnis; jo pagrįstumą patvirtina kruopštūs eksperimentai, daug tikslesni nei Kulono originalūs, sunkiai atkuriami eksperimentai. Rodiklis 2 šiuo metu nustatytas 10 -16 tikslumu, t.y. jis lygus 2 ± 2×10 -16.

Kadangi dabar susiduriame su nauju dydžiu – elektros krūviu, galime parinkti tokį matavimo vienetą, kad formulėje esanti konstanta k būtų lygi vienetui. Iš tiesų tokia vienetų sistema fizikoje buvo plačiai naudojama dar visai neseniai.

Kalbame apie CGS (centimetras-gramas-sekundė) sistemą, kuri naudoja elektrostatinio krūvio bloką SGSE. Pagal apibrėžimą du maži kūnai, kurių kiekvieno krūvis yra 1 SGSE, esantys 1 cm atstumu vienas nuo kito, sąveikauja su 1 dina jėga.

Tačiau dabar krūvis dažniausiai išreiškiamas SI sistemoje, kur jo vienetas yra kulonas (C).
Tikslų kulono apibrėžimą elektros srovės ir magnetinio lauko atžvilgiu pateiksime vėliau.
SI sistemoje konstanta k turi dydį k= 8,988 × 10 9 Nm 2 / Cl 2.

Krūviai, atsirandantys elektrifikuojant įprastų objektų (šukos, plastikinės liniuotės ir kt.) trintis, yra mikrokulono ar mažesnio dydžio (1 µC = 10 -6 C).
Elektronų krūvis (neigiamas) yra maždaug 1,602 × 10 -19 C. Tai mažiausias žinomas krūvis; jis turi esminę reikšmę ir yra pavaizduotas simboliu e, jis dažnai vadinamas elementariuoju krūviu.
e= (1,6021892 ± 0,0000046) × 10 -19 C arba e≈ 1,602 × 10 -19 Cl.

Kadangi kūnas negali įgyti ar prarasti elektrono dalies, bendras kūno krūvis turi būti sveikasis elementinio krūvio kartotinis. Jie sako, kad krūvis yra kvantuojamas (tai yra, jis gali turėti tik atskiras reikšmes). Tačiau kadangi elektronų krūvis e yra labai mažas, dažniausiai nepastebime makroskopinių krūvių diskretiškumo (1 μC krūvis atitinka maždaug 10 13 elektronų) ir krūvį laikome tęstiniu.

Kulono formulė apibūdina jėgą, kuria vienas krūvis veikia kitą. Ši jėga nukreipta išilgai linijos, jungiančios krūvius. Jei krūvių ženklai yra vienodi, tai krūvius veikiančios jėgos nukreiptos priešingomis kryptimis. Jeigu krūvių ženklai yra skirtingi, tai krūvius veikiančios jėgos yra nukreiptos viena į kitą.
Atkreipkite dėmesį, kad pagal trečiąjį Niutono dėsnį jėga, kuria vienas krūvis veikia kitą, yra vienodo dydžio ir priešingos krypties jėgai, kuria antrasis krūvis veikia pirmąjį.
Kulono dėsnį galima parašyti vektorine forma, panašiai kaip Niutono visuotinės gravitacijos dėsnis:

Kur F 12 - jėgos vektorius, veikiantis krūvį K 1 įkrovimo pusė K 2,
- atstumas tarp įkrovimų,
- vieneto vektorius, nukreiptas iš K 2 k K 1.
Reikėtų nepamiršti, kad formulė taikoma tik kūnams, kurių atstumas yra žymiai didesnis nei jų pačių dydžiai. Idealiu atveju tai yra taškiniai mokesčiai. Ribinio dydžio kūnams ne visada aišku, kaip apskaičiuoti atstumą r tarp jų, juolab kad krūvio pasiskirstymas gali būti netolygus. Jei abu kūnai yra vienodo krūvio pasiskirstymo sferos, tai r reiškia atstumą tarp sferų centrų. ε 0 Taip pat svarbu suprasti, kad formulė nustato jėgą, veikiančią tam tikrą krūvį iš vieno krūvio. k Jei sistemoje yra keli (ar daug) įkrautų kūnų, tai susidariusi jėga, veikianti tam tikrą krūvį, bus jėgų, veikiančių likusių krūvių dalį, atstojamoji (vektoriaus suma). Konstanta k Kulono dėsnio formulėje paprastai išreiškiama kita konstanta, , vadinamoji elektrinė konstanta, kuri yra susijusi su 1santykis k =

/(4πε 0)

. Atsižvelgiant į tai, Kulono dėsnį galima perrašyti taip:

kur šiandien didžiausiu tikslumu ε 0 arba suapvalinti Daugumos kitų elektromagnetinės teorijos lygčių rašymas supaprastinamas naudojant, nes

4π galutinis rezultatas dažnai sutrumpinamas. Todėl mes paprastai naudosime Kulono dėsnį, darydami prielaidą, kad:.

Kulono dėsnis apibūdina jėgą, veikiančią tarp dviejų ramybės būsenos krūvių. Kai krūviai juda, tarp jų susidaro papildomos jėgos, kurias aptarsime tolesniuose skyriuose. Čia atsižvelgiama tik į mokesčius ramybėje; Šis elektros energijos tyrimo skyrius vadinamas

Elektrinis laukas yra vienas iš dviejų elektromagnetinio lauko komponentų, ty vektorinis laukas, esantis aplink kūnus ar daleles, turinčius elektros krūvį, arba kuris atsiranda pasikeitus magnetiniam laukui.

Komentarai ir pasiūlymai priimami ir laukiami!

Elektros koncepcija. Elektrifikacija. Laidininkai, puslaidininkiai ir dielektrikai. Elementarus krūvis ir jo savybės. Kulono dėsnis. Elektrinio lauko stiprumas. Superpozicijos principas. Elektrinis laukas kaip sąveikos apraiškos. Elementariojo dipolio elektrinis laukas.

Terminas elektra kilęs iš graikų kalbos žodžio elektronas (gintaras).

Elektrifikacija yra elektros energijos perdavimo į kūną procesas.

mokestis. Šį terminą XVI amžiuje įvedė anglų mokslininkas ir gydytojas Gilbertas.

ELEKTROS ĮKŪVIMAS – FIZINIS SKALIARINIS KIEKIS, BŪDINGAS KŪNŲ AR DALELĖS SAVYBĖS ĮEITI IR ELEKTROMAGNETINĖS SĄVEIKOS IR NUSTATANT ŠIŲ SĄVEIKŲ STIPRIĄ IR ENERGIJĄ.

Elektros krūvių savybės:

1. Gamtoje yra dviejų tipų elektros krūviai. Teigiamas (atsiranda ant stiklo, įtrinto į odą) ir neigiamas (atsiranda ant ebonito, įtrinto į kailį).

2. Kaip krūviai atstumia, skirtingai nei krūviai traukia.

3. Elektros krūvis NEEGZISTUOJA BE KŪVIO NEŠĖJŲ DALELĖS (elektronų, protonų, pozitronų ir kt.). Pavyzdžiui, elektros krūvis negali būti pašalintas iš elektrono ir kitų elementariai įkrautų dalelių.

4. Elektros krūvis yra diskretus, t.y. bet kurio kūno krūvis yra sveikasis kartotinis elementarus elektros krūvis e(e = 1,6 10 -19 C). Elektronas (t.y.= 9,11 10 -31 kg) ir protonas (t p = 1,67 10 -27 kg) yra atitinkamai elementarių neigiamų ir teigiamų krūvių nešėjai (Žinomos dalelės, turinčios dalinį elektros krūvį: – 1/3 e ir 2/3 e – Tai kvarkai ir antikvarkai , bet jie nebuvo rasti laisvoje būsenoje).

5. Elektros krūvis – dydis reliatyvistiškai nekintamas , tie. nepriklauso nuo atskaitos rėmo, vadinasi, nepriklauso nuo to, ar šis krūvis juda, ar ramybės būsenoje.

6. Apibendrinus eksperimentinius duomenis nustatyta pagrindinis gamtos dėsnis - krūvio išsaugojimo dėsnis: algebrinė suma

Bet kurios uždaros sistemos elektros krūvių MA(sistema, kuri nesikeičia mokesčiais su išorės įstaigomis) išlieka nepakitęs, nesvarbu, kokie procesai vyksta šioje sistemoje.

Įstatymą eksperimentiškai patvirtino anglų fizikas 1843 m

M. Faradėjus ( 1791–1867) ir kiti, patvirtinti dalelių ir antidalelių gimimu ir sunaikinimu.

Elektros krūvio vienetas (išvestinis vienetas, nes jis nustatomas pagal srovės vienetą) - pakabukas (C): 1 C - elektros krūvis,

einantis per 1 A srovės stiprio laidininko skerspjūvį 1 s.

Visi gamtoje esantys kūnai geba įsielektrinti, t.y. įgyti elektros krūvį. Kūnų elektrifikavimas gali būti atliekamas įvairiais būdais: kontaktiniu (trinties), elektrostatinės indukcijos

Bet koks įkrovimo procesas yra susijęs su krūvių atskyrimu, kai viename iš kūnų (ar kūno dalies) atsiranda teigiamo krūvio perteklius, o kitame (ar kitoje kūno dalyje) – neigiamo krūvio perteklius. kūnas). Abiejų ženklų, esančių kūnuose, bendras krūvių skaičius nesikeičia: šie krūviai tik perskirstomi tarp kūnų.

Kūnų elektrifikacija įmanoma, nes kūnai susideda iš įkrautų dalelių. Kūnų elektrifikacijos procese gali judėti laisvos būsenos elektronai ir jonai. Protonai lieka branduoliuose.

Pagal laisvųjų krūvių koncentraciją kūnai skirstomi į laidininkai, dielektrikai ir puslaidininkiai.

Dirigentai- kūnai, kuriuose elektros krūvis gali maišytis visame tūryje. Dirigentai skirstomi į dvi grupes:

1) pirmos rūšies dirigentai (metalai) – perkėlimas į

jų krūviai (laisvieji elektronai) nėra lydimi cheminių

transformacijos;

2) antrosios rūšies laidininkai (pavyzdžiui, išlydytos druskos, ra-

rūgščių tirpalai) – krūvių (teigiamų ir neigiamų) perkėlimas į juos

jonų) sukelia cheminius pokyčius.

Dielektrikai(pavyzdžiui, stiklas, plastikas) - korpusai, kuriuose praktiškai nėra nemokamų mokesčių.

Puslaidininkiai (pavyzdžiui, germanis, silicis) užima

tarpinė padėtis tarp laidininkų ir dielektrikų. Toks kūnų skirstymas yra labai sąlyginis, tačiau didelis laisvųjų krūvių koncentracijų juose skirtumas sukelia didžiulius kokybinius jų elgesio skirtumus ir todėl pateisina kūnų skirstymą į laidininkus, dielektrikus ir puslaidininkius.

ELEKTROSTATIKA- stacionarių įkrovų mokslas

Kulono dėsnis.

Sąveikos dėsnis fiksuotas taškas elektros krūviai

1785 m. eksperimentiškai sumontavo Sh. Coulomb, naudodamas sukimo svarstykles.

panašius į tuos, kuriuos naudojo G. Cavendish, nustatydamas gravitacijos konstantą (šį dėsnį anksčiau atrado G. Cavendishas, tačiau jo darbas liko nežinomas daugiau nei 100 metų).

Taškinis mokestis, vadinami įkrautu kūnu ar dalele, kurių matmenų, lyginant su atstumu iki jų, galima nepaisyti.

Kulono dėsnis: dviejų nejudančių taškinių krūvių sąveikos jėga vakuume proporcingas mokesčiams q 1 Ir 2 k., ir yra atvirkščiai proporcinga atstumo r tarp jų kvadratui :

k - proporcingumo koeficientas, priklausantis nuo sistemos pasirinkimo

Didumas ε 0 paskambino elektros konstanta; tai nurodo

numerį pagrindinės fizinės konstantos ir yra lygus:

ε 0 = 8,85 ∙10 -12 Cl 2 /N∙m 2

Vektorinėje formoje Kulono dėsnis vakuume turi tokią formą:

kur yra spindulio vektorius, jungiantis antrąjį krūvį su pirmuoju, F 12 yra jėga, veikianti iš antrojo krūvio pirmąjį.

Kulono dėsnio tikslumas dideliais atstumais, iki

10 7 m, nustatyta tiriant magnetinį lauką naudojant palydovus

artimoje Žemės erdvėje. Jo įgyvendinimo tikslumas nedideliais atstumais, iki 10 -17 m, patikrinta elementariųjų dalelių sąveikos eksperimentais.

Kulono dėsnis aplinkoje

Visose terpėse Kulono sąveikos jėga yra mažesnė už sąveikos jėgą vakuume ar ore. Fizinis dydis, parodantis, kiek kartų elektrostatinės sąveikos jėga vakuume yra didesnė nei tam tikroje terpėje, vadinamas terpės dielektrine konstanta ir žymimas raide ε.

ε = F vakuume / F terpėje

Kulono dėsnis bendra forma SI:

Kulono jėgų savybės.

1. Kulono jėgos yra centrinio tipo jėgos, nes nukreiptas išilgai tiesės, jungiančios krūvius

Kulono jėga yra patraukli jėga, jei krūvių ženklai yra skirtingi, ir atstumianti jėga, jei krūvių ženklai yra vienodi

3. 3-asis Niutono dėsnis galioja Kulono jėgoms

4. Kulono jėgos paklūsta nepriklausomumo arba superpozicijos principui, nes dviejų taškinių krūvių sąveikos jėga nepasikeis, kai šalia atsiras kiti krūviai. Gauta elektrostatinės sąveikos jėga, veikianti tam tikrą krūvį, yra lygi tam tikro krūvio sąveikos su kiekvienu sistemos krūviu jėgų vektorinei sumai.

F= F 12 + F 13 + F 14 + ∙∙∙ +F 1 N

Sąveika tarp krūvių vyksta per elektrinį lauką. Elektrinis laukas yra ypatinga materijos egzistavimo forma, per kurią vyksta elektros krūvių sąveika. Elektrinis laukas pasireiškia tuo, kad jis veikia jėga bet kurį kitą į šį lauką įvestą krūvį. Stacionarių elektros krūvių sukuriamas elektrostatinis laukas sklinda erdvėje baigtiniu greičiu c.

Elektrinio lauko stiprumo charakteristika vadinama įtempimu.

Įtampa elektrinis tam tikrame taške yra fizikinis dydis, lygus jėgos, kuria laukas veikia teigiamą bandomąjį krūvį, esantį tam tikrame taške, santykiui su šio krūvio moduliu.

Taškinio krūvio lauko stipris q:

Superpozicijos principas: elektrinio lauko stipris, kurį sukuria krūvių sistema tam tikrame erdvės taške, yra lygus kiekvieno krūvio atskirai (nesant kitų krūvių) šiame taške sukuriamų elektrinio lauko stiprių vektorinei sumai.

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.

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 tūriškai paskirstytų krūvių su sferiškai simetriškais nesikertančiais erdviniais pasiskirstymais sąveikos jėga yra lygi kūno jėgai. dviejų lygiaverčių taškinių krūvių, esančių sferinės simetrijos centruose, sąveika;

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:

IN SSSE 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= 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.