Konu 1.1 ELEKTRİK ÜCRETLERİ.

Bölüm 1 ELEKTRODİNAMİĞİN TEMELLERİ

1. Bedenlerin elektrifikasyonu. Yük büyüklüğü kavramı.

Yükün korunumu kanunu.

2. Yükler arasındaki etkileşim kuvvetleri.

Coulomb yasası.

3. Ortamın dielektrik sabiti.

4. Elektrikte uluslararası birim sistemi.

1. Bedenlerin elektrifikasyonu. Yük büyüklüğü kavramı.

Yükün korunumu kanunu.

İki yüzey yakın temasa getirilirse olası elektron transferi bir yüzeyden diğerine geçer ve bu yüzeylerde elektrik yükleri belirir.

Bu olaya ELEKTRİZASYON denir. Sürtünme sırasında yüzeylerin yakın temas alanı artar ve yüzeydeki yük miktarı da artar - bu olaya SÜRTÜNMEYLE ELEKTRİKASYON denir.

Elektrifikasyon işlemi sırasında, yüklerin yeniden dağılımı meydana gelir ve bunun sonucunda her iki yüzey de eşit büyüklükte ve zıt işaretli yüklerle yüklenir.

Çünkü tüm elektronlar aynı yüke (negatif) sahiptir e = 1,6 10 C, bu durumda yüzeydeki yük miktarını (q) belirlemek için yüzeyde (N) kaç elektronun fazla veya eksik olduğunu bilmek gerekir. ve bir elektronun yükü.

Elektrifikasyon işlemi sırasında yeni yükler ortaya çıkmaz veya kaybolmaz, yalnızca ortaya çıkar. yeniden dağıtım cisimler veya bir bedenin parçaları arasında, bu nedenle kapalı bir cisimler sisteminin toplam yükü sabit kalır, bu, YÜKÜN KORUNUMU YASASI'nın anlamıdır.

2. Yükler arasındaki etkileşim kuvvetleri.

Coulomb yasası.

Elektrik yükleri belli bir mesafedeyken birbirleriyle etkileşir, benzer yükler birbirini iter, farklı yükler ise çeker.

İlk kez öğrendim deneyimli Yükler arasındaki etkileşimin gücü Fransızcaya nasıl bağlıdır? bilim adamı kolye ve COULLOMB yasası adı verilen bir yasayı türettim. Temel hukuk yani deneyime dayanmaktadır. Coulomb bu yasayı türetirken şunları kullandı: burulma terazileri.

3) k – çevreye bağımlılığı ifade eden katsayı.

Coulomb yasasının formülü.

İki sabit nokta yük arasındaki etkileşimin kuvveti, bu yüklerin büyüklüklerinin çarpımı ile doğru orantılıdır ve aralarındaki mesafelerin karesi ile ters orantılıdır ve bu yüklerin bulunduğu ortama bağlıdır ve doğrultu boyunca yönlendirilir. Bu yüklerin merkezlerini birleştiren düz çizgi.

3. Ortamın dielektrik sabiti.

E - geçirgenlikçevre, çevredeki ortam yüklerine bağlıdır.

E = 8,85*10 - fiziksel sabit, vakumun dielektrik sabiti.

E – ortamın bağıl dielektrik sabiti, bir boşluktaki nokta yükler arasındaki etkileşim kuvvetinin belirli bir ortama göre kaç kat daha büyük olduğunu gösterir. Bir boşlukta güçlü etkileşim suçlamalar arasında.

4. Elektrikte uluslararası birim sistemi.

SI sisteminde elektriğin temel birimi 1A'daki akımdır, diğer tüm ölçü birimleri 1Amper'den türetilir.

1C, yüklü parçacıklar tarafından bir iletkenin kesiti boyunca 1 saniyede 1A akımda aktarılan elektrik yükü miktarıdır.

Konu 1.2 ELEKTRİK ALAN

1. Elektrik alanı - nasıl özel tür konu.

6. Potansiyel fark ile elektrik alan kuvveti arasındaki ilişki.

1. Elektrik alanı özel bir madde türü gibidir.

Doğada bir madde türü olarak elektromanyetik alan mevcuttur. İÇİNDE farklı durumlar Elektromanyetik alan kendini farklı şekillerde gösterir; örneğin sabit masraflar Yalnızca elektrostatik adı verilen bir elektrik alanı kendini gösterir. Mobil şarjların yakınında hem elektrik hem de elektrik algılanabilir. manyetik alan, bunlar birlikte ELEKTROMANYETİK ALANLARI temsil eder.

Elektrostatik alanların özelliklerini ele alalım:

1) Elektrostatik alan sabit yükler tarafından oluşturulur; bu tür alanlar tespit edilebilir;

test yükleri (küçük pozitif yük) kullanarak, çünkü yalnızca onların üzerinde elektrik alanı Coulomb yasasına uyan bir kuvvet etkisine sahiptir.

2. Elektrik alan kuvveti.

Bir madde türü olarak elektrik alanı, enerjiye, kütleye sahiptir ve uzayda yayılır. terminal hızı ve teorik sınırları yoktur.

Uygulamada test ücretleri üzerinde gözle görülür bir etki yaratmıyorsa alanın olmadığı kabul edilir.

Alan, test yükleri üzerindeki kuvvet kullanılarak tespit edilebildiğinden, elektrik alanının temel özelliği tansiyon.

Elektrik alanının aynı noktasına farklı büyüklükteki test yükleri uygulanırsa, o zaman etkili kuvvet ve test yükünün büyüklüğü arasında doğru orantılı bir ilişki vardır.

Etki eden kuvvet ile yükün büyüklüğü arasındaki orantı katsayısı E gerilimidir.

E = elektrik alan kuvvetini hesaplamak için formül, eğer q = 1 C ise, o zaman | E | = | F |

Gerginlik güç karakteristiği elektrik alanının noktaları, çünkü elektrik alanında belirli bir noktada 1 C'lik bir yüke etki eden kuvvete sayısal olarak eşittir.

Gerilim bir vektör miktarıdır; yöndeki gerilim vektörü, elektrik alanında belirli bir noktada pozitif yüke etki eden kuvvetin vektörüyle çakışır.

3. Elektrik alan şiddeti çizgileri. Düzgün elektrik alanı.

Elektrik alanını açıkça tasvir etmek için, yani. grafiksel olarak elektrik alan şiddeti çizgilerini kullanın. Bunlar, kuvvet çizgileri olarak da adlandırılan çizgilerdir ve bu çizgilerin geçtiği elektrik alanı noktalarındaki yoğunluk vektörleriyle yön olarak çakışan teğetlerdir. çizgiler geçiyor,

Gerilim hatları var aşağıdaki özellikler:

1) Pozisyonda başlayın. suçlamalar negatifte biter veya pozitifte başlar. yükler ve sonsuza giderler veya sonsuzluktan gelirler ve pozitif yüklerle biterler.

2) Bu çizgiler süreklidir ve hiçbir yerde kesişmez.

3) Hatların yoğunluğu (birim yüzey alanı başına düşen hat sayısı) ile elektrik alan şiddeti doğrudan ve orantılı bir bağımlılık içindedir.

Düzgün bir elektrik alanında, alanın tüm noktalarındaki yoğunluk aynıdır; bu tür alanlar, birbirinden eşit uzaklıktaki paralel çizgilerle temsil edilir. Böyle bir alan, birbirinden küçük bir mesafede bulunan iki paralel düz yüklü plaka arasında elde edilebilir.

4. Bir elektrik alanında yükün hareket ettirilmesi üzerinde çalışın.

Düzgün bir elektrik alanına bir elektrik yükü yerleştirelim. Kuvvetler sahadan gelen hücuma göre hareket edecek. Bir yük hareket ettirilirse iş yapılabilir.

Mükemmel çalışma alanlarda:

A = q E d - bir elektrik alanında bir yükü hareket ettirme işini hesaplamak için formül.

Sonuç: Bir elektrik alanında bir yükü hareket ettirme işi, yörüngenin şekline bağlı değildir, ancak hareket eden yükün büyüklüğüne (q), alan kuvvetine (E) ve ayrıca kullanılan yükün seçimine bağlıdır. Hareketin başlangıç ​​ve bitiş noktaları (d).

Bir elektrik alanındaki yük kapalı bir devre boyunca hareket ettirilirse yapılan iş 0'a eşit olacaktır. Bu tür alanlara potansiyel alanlar denir. Bu tür alanlardaki cisimler potansiyel enerjiye sahiptir; Elektrik alanının herhangi bir noktasındaki bir elektrik yükü enerjiye sahiptir ve elektrik alanında yapılan iş, yükün hareketin başlangıç ​​ve son noktalarındaki potansiyel enerjileri farkına eşittir.

5. Potansiyel. Potansiyel fark. Gerilim.

Eğer içindeyse bu nokta Farklı büyüklükteki yüklerin yerleştirildiği elektrik alanı, o zaman yükün potansiyel enerjisi ve büyüklüğü arasındaki ilişkiyle doğru orantılıdır.

-(phi) bir elektrik alanı noktasının potansiyeli

Potansiyel, elektrik alan noktalarının enerji özelliğidir, çünkü elektrik alanında belirli bir noktada 1 C'lik bir yükün potansiyel enerjisine sayısal olarak eşittir.

Açık eşit mesafeler Bir nokta yükünden alan noktalarının potansiyelleri aynıdır. Bu noktalar eşit potansiyele sahip bir yüzey oluşturur ve bu tür yüzeylere eş potansiyel yüzeyler denir. Düzlemde bunlar daire, uzayda ise küredir.

Gerilim

Bir elektrik alanında bir yükü hareket ettirme işini hesaplamak için formüller.

1V – 1 C'lik bir yükü hareket ettirirken elektrik alanı noktaları arasındaki voltaj, 1 J'lik bir iş gerçekleştirilir.

Elektrik alan kuvveti, voltaj ve potansiyel fark arasındaki ilişkiyi kuran bir formül.

Yoğunluk, 1 m mesafedeki bir alan çizgisi boyunca alınan iki alan noktası arasındaki voltaj veya potansiyel farkına sayısal olarak eşittir. (-) işareti, gerilim vektörünün daima azalan potansiyele sahip alan noktalarına doğru yönlendirildiği anlamına gelir.

Konsepte benzer yerçekimi kütlesi Newton mekaniğinde cisim, elektrodinamikte ise yük kavramı birincil, temel kavramdır.

Elektrik yükü - Bu fiziksel miktar parçacıkların veya cisimlerin elektromanyetik kuvvet etkileşimlerine girme özelliğini karakterize eder.

Elektrik yükü genellikle harflerle temsil edilir Q veya Q.

Bilinen tüm deneysel gerçeklerin toplamı, aşağıdaki sonuçları çıkarmamızı sağlar:

İki çeşit var elektrik ücretleri geleneksel olarak pozitif ve negatif olarak adlandırılır.

Yükler bir vücuttan diğerine (örneğin doğrudan temas yoluyla) aktarılabilir. Vücut kütlesinin aksine, elektrik yükü belirli bir cismin ayrılmaz bir özelliği değildir. Aynı vücut farklı koşullar altında farklı yüklere sahip olabilir.

Benzer yükler iter, farklı yükler çeker. Bu da gösteriyor temel fark yerçekimi kuvvetlerinden kaynaklanan elektromanyetik kuvvetler. Yerçekimi kuvvetleri her zaman çekim güçleridir.

Doğanın temel yasalarından biri deneysel olarak belirlenmiş olandır. elektrik yükünün korunumu kanunu .

İÇİNDE izole sistem cebirsel toplam tüm cisimlerin ücretleri sabit kalır:

Elektrik yükünün korunumu yasası şunu belirtir: kapalı sistem Vücutlarda yalnızca bir işaretin yükünün yaratılması veya kaybolması süreçleri gözlemlenemez.

İLE modern nokta Bizim bakış açımıza göre yük taşıyıcılar temel parçacıklardır. Tüm sıradan cisimler, pozitif yüklü protonlar, negatif yüklü elektronlar ve nötr parçacıklar - nötronlar içeren atomlardan oluşur. Protonlar ve nötronlar bir parçasıdır atom çekirdeği, elektronlar oluşur elektron kabuğu atomlar. Proton ve elektronun elektrik yükleri büyüklük bakımından tamamen aynı ve temel yüke eşittir. e.

Nötr bir atomda çekirdekteki proton sayısı kabuktaki elektron sayısına eşittir. Bu numara denir atom numarası . Belirli bir maddenin atomu bir veya daha fazla elektron kaybedebilir veya fazladan bir elektron kazanabilir. Bu durumlarda nötr atom pozitif veya negatif yüklü bir iyona dönüşür.

Yük, bir cisimden diğerine yalnızca tam sayıda temel yük içeren kısımlar halinde aktarılabilir. Dolayısıyla bir cismin elektrik yükü ayrık bir miktardır:

Yalnızca ayrık bir değer dizisi alabilen fiziksel büyüklüklere denir nicemlenmiş . Temel yük e elektrik yükünün kuantum (en küçük kısmı) 'dır. Şunu belirtmek gerekir ki modern fizik temel parçacıklar, kuarkların - kesirli yüke sahip parçacıklar - varlığı varsayılmaktadır. Bununla birlikte, kuarklar henüz serbest durumda gözlemlenmemiştir.

Ortak laboratuvar deneylerinde, elektrometre ( veya elektroskop) - metal bir çubuk ve yatay bir eksen etrafında dönebilen bir işaretçiden oluşan bir cihaz (Şekil 1.1.1). Ok çubuğu metal gövdeden izole edilmiştir. Yüklü bir cisim elektrometre çubuğuna temas ettiğinde, aynı işaretli elektrik yükleri çubuk ve ibre üzerine dağıtılır. Elektriksel itme kuvvetleri, iğnenin belirli bir açıyla dönmesine neden olur, bu sayede elektrometre çubuğuna aktarılan yük değerlendirilebilir.

Elektrometre oldukça kaba bir alettir; yükler arasındaki etkileşim kuvvetlerinin incelenmesine izin vermez. İlk kez sabit yüklerin etkileşimi yasası keşfedildi Fransız fizikçi 1785'te Charles Coulomb. Coulomb deneylerinde, yüklü topların çekme ve itme kuvvetlerini kendi tasarladığı bir cihazı (son derece hassas olan bir burulma dengesi (Şekil 1.1.2)) kullanarak ölçtü. Örneğin, denge çubuğu 10-9 N mertebesinde bir kuvvetin etkisi altında 1° döndürülmüştür.

Ölçüm fikri, Coulomb'un, yüklü bir topun tam olarak aynı yüksüz topla temas ettirilmesi durumunda, ilkinin yükünün bunlar arasında eşit olarak bölüneceği yönündeki parlak tahminine dayanıyordu. Böylece topun yükünün iki, üç vb. kez değişmesinin bir yolu gösterildi. Coulomb'un deneylerinde boyutları aralarındaki mesafeden çok daha küçük olan toplar arasındaki etkileşim ölçüldü. Bu tür yüklü cisimlere genellikle denir puan ücretleri.

Puan ücreti bu problem koşullarında boyutları ihmal edilebilecek yüklü bir cisim denir.

Çok sayıda deneye dayanarak Coulomb aşağıdaki yasayı oluşturdu:

Sabit yükler arasındaki etkileşim kuvvetleri, yük modüllerinin çarpımı ile doğru orantılıdır ve aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır:

Etkileşim kuvvetleri Newton'un üçüncü yasasına uyar:

Yükler aynı işaretlere sahip olduğunda itici kuvvetler, aynı işaretlere sahip olduklarında ise çekici kuvvetlerdir. farklı işaretler(Şekil 1.1.3). Sabit elektrik yüklerinin etkileşimine denir elektrostatik veya Coulomb etkileşim. Coulomb etkileşimini inceleyen elektrodinamik dalına ne ad verilir? elektrostatik .

Coulomb kanunu nokta yüklü cisimler için geçerlidir. Uygulamada Coulomb yasası, yüklü cisimlerin boyutları aralarındaki mesafeden çok daha küçükse tam olarak karşılanır.

Orantılılık faktörü k Coulomb yasasında birim sisteminin seçimine bağlıdır. İÇİNDE Uluslararası sistem SI yük birimi alınır kolye(CI).

Kolye 1 A akım gücünde bir iletkenin kesitinden 1 saniyede geçen yüktür. SI'daki akımın birimi (Amper), uzunluk, zaman ve kütle birimleriyle birlikte temel ölçü birimi.

Katsayı k SI sisteminde genellikle şu şekilde yazılır:

Nerede - elektriksel sabit .

SI sisteminde temel yük eşuna eşittir:

Deneyimler gösteriyor ki güçler Coulomb etkileşimi süperpozisyon ilkesine uyun:

Yüklü bir cisim aynı anda birden fazla yüklü cisimle etkileşime girerse, o zaman belirli bir cisme etki eden sonuçta ortaya çıkan kuvvet, bu cisme diğer tüm yüklü cisimlerden etki eden kuvvetlerin vektör toplamına eşittir.

Pirinç. 1.1.4, üç yüklü cismin elektrostatik etkileşimi örneğini kullanarak süperpozisyon ilkesini açıklar.

Süperpozisyon ilkesi doğanın temel bir kanunudur. Ancak kullanımı bazı durumlarda dikkatli olmayı gerektirir. hakkında konuşuyoruz sonlu boyutlardaki yüklü cisimlerin etkileşimi hakkında (örneğin, iki iletken yüklü top 1 ve 2). İki yüklü toptan oluşan bir sisteme üçüncü bir yüklü top getirilirse, 1 ile 2 arasındaki etkileşim değişecektir. şarjın yeniden dağıtımı.

Süperpozisyon ilkesi şunu belirtir: verilen (sabit) yük dağılımı tüm cisimlerde, herhangi iki cisim arasındaki elektrostatik etkileşim kuvvetleri diğer yüklü cisimlerin varlığına bağlı değildir.

İki noktasal yük, aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılı ve yüklerinin çarpımı ile doğru orantılı olan bir kuvvetle birbirlerine etki eder (yüklerin işareti dikkate alınmadan).

İÇİNDE farklı ortamlarÖrneğin havada ve suda iki noktasal yük farklı kuvvetlerle etkileşime girer. Ortamın bağıl dielektrik sabiti bu farkı karakterize eder. Bu iyi bilinen bir tablo değeridir. Hava için.

Sabit k şu şekilde tanımlanır:

Coulomb kuvvetinin yönü

Newton'un üçüncü yasasına göre, aynı doğadaki kuvvetler, eşit büyüklükte ve zıt yönde çiftler halinde ortaya çıkar. İki eşit olmayan yük etkileşirse, daha büyük yükün küçük olana (B'nin A'ya) uyguladığı kuvvet, küçük olanın büyük olana (A'nın B'ye) uyguladığı kuvvete eşittir.

İlginçtir ki çeşitli kanunlar bazı fizikçiler var ortak özellikler. Yer çekimi yasasını hatırlayalım. Yer çekimi kuvveti de kütleler arasındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır ve bu desende derin bir anlam saklı olduğu düşüncesi istemsizce ortaya çıkar. Şimdiye kadar hiç kimse yerçekimi ve elektriğin aynı özün iki farklı tezahürü olduğunu hayal edemedi.

Buradaki kuvvet de mesafenin karesiyle ters orantılı olarak değişmektedir, ancak elektrik ve yerçekimi kuvvetlerinin büyüklüğündeki fark dikkat çekicidir. Yüklemeye çalışıyorum genel doğa Yerçekimi ve elektrik, elektriksel kuvvetlerin yer çekimi kuvvetlerine karşı öyle bir üstünlüğünü keşfediyoruz ki, her ikisinin de aynı kaynağa sahip olduğuna inanmak zor. Birinin diğerinden daha güçlü olduğunu nasıl söyleyebilirsin? Sonuçta her şey kütlenin ne olduğuna ve yükün ne olduğuna bağlıdır. Yer çekiminin ne kadar güçlü etki ettiğini tartışırken, "Şu büyüklükte bir kütle alalım" deme hakkınız yok çünkü onu kendiniz seçiyorsunuz. Ancak Doğanın bize sunduğu şeyi alırsak (onun özdeğerler ve inçlerimizle, yıllarımızla, ölçülerimizle hiçbir ilgisi olmayan ölçüler), o zaman karşılaştırabiliriz. Elektron gibi temel yüklü bir parçacığı alıyoruz. İki temel parçacık, iki elektron, elektrik yükü nedeniyle birbirlerini aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılı bir kuvvetle iterler ve yerçekimi nedeniyle de yine elektrik yüküyle ters orantılı bir kuvvetle birbirlerine çekilirler. mesafe.

Soru: Yerçekimi kuvvetinin oranı nedir? elektrik kuvveti? Yerçekimi elektriksel itme açısından, 42 sıfırlı bir sayıya karşı birdir. Bu, en derin şaşkınlığa neden olur. Bu kadar büyük bir sayı nereden gelebilir?

İnsanlar bu devasa katsayıyı diğer doğa olaylarında arıyorlar. Her türlü yoldan geçiyorlar büyük sayılar ve eğer ihtiyacın olursa büyük sayı Diyelim ki, neden Evrenin çapının protonun çapına oranını almıyorsunuz - şaşırtıcı bir şekilde, bu aynı zamanda 42 sıfırlı bir sayıdır. Ve şöyle diyorlar: belki bu katsayı orana eşit Bir protonun çapının Evrenin çapına oranı nedir? Bu ilginç bir fikir ama Evren yavaş yavaş genişledikçe, yer çekimi sabiti. Bu hipotez henüz çürütülmemiş olsa da, onun lehine herhangi bir kanıtımız yok. Aksine, bazı kanıtlar yerçekimi sabitinin bu şekilde değişmediğini ileri sürüyor. Bu devasa sayı bugüne kadar bir sır olarak kalıyor.

Coulomb Yasası noktasal elektrik yükleri arasındaki etkileşim kuvvetlerini tanımlayan bir yasadır.

Bir boşluktaki iki nokta yük arasındaki etkileşim kuvvetinin modülü, bu yüklerin modüllerinin çarpımı ile doğru orantılıdır ve aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır.

Aksi halde: İki noktalı ücretler vakum Bu yüklerin modüllerinin çarpımı ile orantılı, aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılı ve bu yükleri birleştiren düz çizgi boyunca yönlendirilen kuvvetlerle birbirlerine etki ederler. Bu kuvvetlere elektrostatik (Coulomb) denir.

Yasanın doğru olabilmesi için aşağıdakilerin gerekli olduğuna dikkat etmek önemlidir:

noktasal yükler - yani yüklü cisimler arasındaki mesafe boyutlarından çok daha büyüktür - ancak hacimsel olarak dağıtılmış iki yükün küresel simetrik kesişmeyen uzaysal dağılımlarla etkileşim kuvvetinin etkileşim kuvvetine eşit olduğu kanıtlanabilir. iki eşdeğer puan ücretleri, küresel simetri merkezlerinde bulunur;

onların hareketsizliği. Aksi takdirde ek etkiler geçerli olur: manyetik alan hareketli yük ve karşılık gelen ek Lorentz kuvveti, başka bir hareketli yüke etki eden;

etkileşim vakum.

Ancak kanun bazı düzenlemelerle yüklerin bir ortamdaki etkileşimleri ve hareketli yükler için de geçerlidir.

C. Coulomb'un formülasyonunda vektör formunda yasa şu şekilde yazılmıştır:

yük 1'in yük 2'ye etki ettiği kuvvet nerede; - ücretlerin büyüklüğü; - yarıçap vektörü (yük 1'den yük 2'ye yönlendirilen ve mutlak değer olarak yükler arasındaki mesafeye eşit olan vektör -); - orantılılık katsayısı. Dolayısıyla yasa, benzer yüklerin birbirini ittiğini (ve farklı yüklerin çektiğini) belirtir.

İÇİNDE SSSE ölçü birimi yük katsayısı öyle bir şekilde seçilir ki k bire eşittir.

İÇİNDE Uluslararası Birim Sistemi (SI) temel birimlerden biri birimdir kuvvet elektrik akımı amper ve ücret birimi kolye- onun bir türevi. Amper değeri şu şekilde tanımlanır: k= c 2 10 −7 Gn/m = 8,9875517873681764 10 9 N m2 / Cl 2 (veya Ф −1 m). SI katsayısı kşu şekilde yazılır:

burada ≈ 8,854187817·10 −12 F/m - elektriksel sabit.

Kanun

Coulomb Yasası

Bir boşluktaki iki nokta yük arasındaki etkileşim kuvvetinin modülü, bu yüklerin modüllerinin çarpımı ile doğru orantılıdır ve aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır.

Aksi halde: İki noktalı ücretler vakum Bu yüklerin modüllerinin çarpımı ile orantılı, aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılı ve bu yükleri birleştiren düz çizgi boyunca yönlendirilen kuvvetlerle birbirlerine etki ederler. Bu kuvvetlere elektrostatik (Coulomb) denir.

onların hareketsizliği. Aksi takdirde ek etkiler geçerli olur: manyetik alan hareketli yük ve karşılık gelen ek Lorentz kuvveti, başka bir hareketli yüke etki eden;

etkileşim vakum.

yük 1'in yük 2'ye etki ettiği kuvvet nerede; - ücretlerin büyüklüğü; - yarıçap vektörü (yük 1'den yük 2'ye yönlendirilen ve mutlak değer olarak yükler arasındaki mesafeye eşit olan vektör -); - orantılılık katsayısı. Dolayısıyla yasa, benzer yüklerin birbirini ittiğini (ve farklı yüklerin çektiğini) belirtir.

İÇİNDE SSSE ölçü birimi yük katsayısı öyle bir şekilde seçilir ki k bire eşittir.

İÇİNDE Uluslararası Birim Sistemi (SI) temel birimlerden biri birimdir elektrik akımı gücü amper ve ücret birimi kolye- onun bir türevi. Amper değeri şu şekilde tanımlanır: k= c2·10−7 Gn/m = 8,9875517873681764 109 N m2/ Cl 2 (veya F−1 m). SI katsayısı kşu şekilde yazılır:

burada ≈ 8,854187817·10−12 F/m - elektriksel sabit.

Coulomb yasası:

Coulomb Yasası noktasal elektrik yükleri arasındaki etkileşim kuvvetlerini tanımlayan bir yasadır.

1785 yılında Charles Coulomb tarafından keşfedilmiştir. büyük sayı Metal toplarla yapılan deneylerde Charles Coulomb yasanın aşağıdaki formülasyonunu verdi:

Bir boşluktaki iki nokta yük arasındaki etkileşim kuvvetinin modülü, bu yüklerin modüllerinin çarpımı ile doğru orantılıdır ve aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır.

Aksi takdirde: Bir boşluktaki iki nokta yük, bu yüklerin modüllerinin çarpımı ile orantılı, aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılı ve bu yükleri birleştiren düz çizgi boyunca yönlendirilmiş kuvvetlerle birbirlerine etki eder. Bu kuvvetlere elektrostatik (Coulomb) denir.

Yasanın doğru olabilmesi için aşağıdakilerin gerekli olduğuna dikkat etmek önemlidir:

1. nokta benzeri yükler - yani yüklü cisimler arasındaki mesafe boyutlarından çok daha büyüktür - ancak hacimsel olarak dağıtılmış iki yükün küresel simetrik kesişmeyen uzaysal dağılımlarla etkileşim kuvvetinin kuvvetine eşit olduğu kanıtlanabilir. küresel simetri merkezlerinde bulunan iki eşdeğer nokta yükün etkileşimi;
2. onların hareketsizliği. Aksi takdirde, ek etkiler devreye girer: Hareket eden bir yükün manyetik alanı ve buna karşılık gelen, başka bir hareketli yüke etki eden ek Lorentz kuvveti;
3. boşlukta etkileşim.

Ancak kanun bazı düzenlemelerle yüklerin bir ortamdaki etkileşimleri ve hareketli yükler için de geçerlidir.

C. Coulomb'un formülasyonunda vektör formunda yasa şu şekilde yazılmıştır:

yük 1'in yük 2'ye etki ettiği kuvvet nerede; - ücretlerin büyüklüğü; - yarıçap vektörü (yük 1'den yük 2'ye yönlendirilen ve mutlak değer olarak yükler arasındaki mesafeye eşit olan vektör -); - orantılılık katsayısı. Dolayısıyla yasa, benzer yüklerin birbirini ittiğini (ve farklı yüklerin çektiğini) belirtir.

Katsayı k

SGSE'de yük ölçüm birimi, katsayı olacak şekilde seçilir. k bire eşittir.

Uluslararası Birimler Sisteminde (SI) temel birimlerden biri elektrik akımı birimi amperdir ve yük birimi coulomb da bunun bir türevidir. Amper değeri şu şekilde tanımlanır: k= c2·10-7 H/m = 8,9875517873681764·109 N·m2/Cl2 (veya Ф−1·m). SI katsayısı kşu şekilde yazılır:

burada ≈ 8,854187817·10−12 F/m elektrik sabitidir.

Homojen bir izotropik maddede, ortamın nispi dielektrik sabiti ε formülün paydasına eklenir.

Kuantum mekaniğinde Coulomb yasası

Kuantum mekaniğinde Coulomb yasası kuvvet kavramı kullanılarak formüle edilmez. klasik mekanik, ancak Coulomb etkileşiminin potansiyel enerjisi kavramını kullanarak. Kuantum mekaniğinde ele alınan sistemin elektrik yüklü parçacıklar içermesi durumunda, sistemin Hamilton operatörüne klasik mekanikte hesaplandığı gibi Coulomb etkileşiminin potansiyel enerjisini ifade eden terimler eklenir.

Böylece nükleer yüklü bir atomun Hamilton operatörü Zşu forma sahiptir:

Burada M- elektron kütlesi, e- ücreti, - mutlak değer yarıçap vektörü J elektron, . İlk terim ifade eder kinetik enerji ikinci terim, elektronların çekirdekle Coulomb etkileşiminin potansiyel enerjisidir ve üçüncü terim, elektronların karşılıklı itilmesinin potansiyel Coulomb enerjisidir. Birinci ve ikinci terimlerin toplamı tüm N elektron üzerinde gerçekleştirilir. Üçüncü terimde, toplama tüm elektron çiftleri üzerinde gerçekleşir ve her bir çift bir kez meydana gelir.

Kuantum elektrodinamiği açısından Coulomb yasası

Kuantum elektrodinamiğine göre yüklü parçacıkların elektromanyetik etkileşimi, parçacıklar arasındaki sanal foton alışverişi yoluyla gerçekleşir. Zaman ve enerjiye ilişkin belirsizlik ilkesi, emisyon ve soğurma anları arasındaki süre boyunca sanal fotonların varlığına izin verir. Yüklü parçacıklar arasındaki mesafe ne kadar küçük olursa, sanal fotonların bu mesafeyi aşması o kadar az zaman alır ve dolayısıyla belirsizlik ilkesinin izin verdiği sanal fotonların enerjisi o kadar büyük olur. Belirsizlik ilkesi, yükler arasındaki küçük mesafelerde hem uzun hem de kısa dalga fotonların değişimine olanak sağlar. uzun mesafeler Değişime yalnızca uzun dalga fotonlar katılır. Böylece kuantum elektrodinamiği kullanılarak Coulomb yasası türetilebilir.

Hikaye

İlk kez G.V. Richman, 1752-1753'te elektrik yüklü cisimlerin etkileşim yasasını deneysel olarak incelemeyi önerdi. Bu amaçla tasarladığı “işaretçi” elektrometreyi kullanmayı amaçladı. Bu planın uygulanması Richman'ın trajik ölümüyle engellendi.

1759'da, Richmann'ın ölümünden sonra koltuğunu devralan St. Petersburg Bilimler Akademisi'nde fizik profesörü olan F. Epinus, ilk olarak yüklerin mesafenin karesiyle ters orantılı olarak etkileşime girmesi gerektiğini öne sürdü. 1760 yılında ortaya çıktı kısa mesaj Basel'de D. Bernoulli'nin kurduğu ikinci dereceden yasa tasarladığı bir elektrometreyi kullanıyor. 1767'de Priestley, History of Electricity adlı eserinde Franklin'in yüklü bir metal topun içinde elektrik alanının bulunmadığını keşfetmesinin şu anlama gelebileceğini kaydetti: "Elektriksel çekim yerçekimiyle tamamen aynı yasaya, yani uzaklığın karesine uyar". İskoç fizikçi John Robison (1822), 1769'da eşit elektrik yüklü topların aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılı bir kuvvetle itildiğini keşfettiğini iddia etti ve böylece Coulomb yasasının (1785) keşfedilmesini öngördü.

Coulomb'dan yaklaşık 11 yıl önce, 1771'de, yüklerin etkileşimi yasası deneysel olarak G. Cavendish tarafından keşfedildi, ancak sonuç yayınlanmadı ve uzun zamandır(100 yıldan fazla) bilinmiyordu. Cavendish'in el yazmaları D. C. Maxwell'e ancak 1874'te Cavendish'in soyundan biri tarafından verildi. büyük açılış Cavendish Laboratuvarı tarafından geliştirildi ve 1879'da yayınlandı.

Coulomb, ipliklerin burulmasını bizzat inceledi ve burulma dengesini icat etti. Yüklü topların etkileşim kuvvetlerini ölçmek için bunları kullanarak yasasını keşfetti.

Coulomb yasası, süperpozisyon ilkesi ve Maxwell denklemleri

Coulomb yasası ve elektrik alanları için süperpozisyon ilkesi, elektrostatik ve için Maxwell denklemlerine tamamen eşdeğerdir. Yani, Coulomb yasası ve elektrik alanları için süperpozisyon ilkesi ancak ve ancak elektrostatik için Maxwell denklemleri karşılanırsa karşılanır ve bunun tersine, elektrostatik için Maxwell denklemleri ancak ve ancak Coulomb yasası ve elektrik alanları için süperpozisyon ilkesi karşılanırsa karşılanır.

Coulomb yasasının doğruluk derecesi

Coulomb yasası deneysel olarak kanıtlanmış bir gerçektir. Geçerliliği, doğruluğu giderek artan deneylerle defalarca doğrulanmıştır. Bu tür deneylerin bir yönü, üssün farklı olup olmadığını test etmektir. R yasada 2'den. Bu farkı bulmak için, eğer güç tam olarak ikiye eşitse, o zaman boşluğun veya iletkenin şekli ne olursa olsun, iletkendeki boşluğun içinde hiçbir alan olmadığı gerçeğini kullanırız.

1971 yılında ABD'de E.R. Williams, D.E. Voller ve G.A. Hill tarafından yapılan deneyler, Coulomb yasasındaki üssün 2'ye eşit olduğunu gösterdi.

Coulomb yasasının atom içi mesafelerdeki doğruluğunu test etmek için W. Yu. Lamb ve R. Rutherford 1947'de hidrojen enerji seviyelerinin göreceli konumlarının ölçümlerini kullandılar. Atomik 10−8 cm mertebesindeki mesafelerde bile Coulomb yasasındaki üssün 2'den 10−9'dan fazla farklı olmadığı bulundu.

Coulomb yasasındaki katsayı 15·10−6 doğrulukla sabit kalır.

Kuantum elektrodinamiğinde Coulomb yasasında yapılan değişiklikler

Kısa mesafelerde (Compton elektron dalga boyu mertebesinde, ≈3,86·10−13 m, burada elektron kütlesi Planck sabitidir, ışık hızıdır), kuantum elektrodinamiğinin doğrusal olmayan etkileri önemli hale gelir: sanal elektron-pozitron (ve ayrıca müon-antimüon ve taon-antitaon) çiftlerinin üretimi üzerine sanal fotonlar eklenir ve taramanın etkisi azalır (bkz. yeniden normalleştirme). Her iki etki de yüklerin etkileşim potansiyel enerjisinin ifadesinde üstel olarak azalan sıralı terimlerin ortaya çıkmasına ve bunun sonucunda etkileşim kuvvetinde Coulomb yasasıyla hesaplanana kıyasla bir artışa yol açar. Örneğin, birinci dereceden radyasyon düzeltmeleri dikkate alınarak SGS sistemindeki bir nokta yükün potansiyelinin ifadesi şu şekildedir:

Elektronun Compton dalga boyu nerede, sabittir ince yapı Ve. W bozonunun kütlesinin olduğu ~ 10−18 m civarındaki mesafelerde elektrozayıf etkiler devreye girmektedir.

Güçlü dış elektromanyetik alanlar Vakum bozulma alanının gözle görülür bir kısmını oluşturan (~1018 V/m veya ~109 Tesla mertebesinde, bu tür alanlar örneğin magnetarlar gibi bazı nötron yıldız türlerinin yakınında gözlenir), Coulomb yasası da ihlal edilir. Fotonlar üzerinde değiş tokuş edilen fotonların Delbrück'e saçılması dış alan ve diğer daha karmaşık doğrusal olmayan etkiler. Bu fenomen azalır Coulomb kuvveti Sadece mikro ölçekte değil makro ölçekte de, özellikle güçlü bir manyetik alanda Coulomb potansiyeli mesafeyle ters orantılı olarak değil, üstel olarak düşer.

Coulomb yasası ve vakum polarizasyonu

Kuantum elektrodinamiğinde vakum polarizasyonu olgusu, sanal elektron-pozitron çiftlerinin oluşumundan oluşur. Elektron-pozitron çiftlerinden oluşan bir bulut, elektronun elektrik yükünü perdeliyor. Elektrondan uzaklaştıkça perdeleme artar; sonuç olarak elektronun etkin elektrik yükü, mesafenin azalan bir fonksiyonudur. Elektrik yüküne sahip bir elektronun yarattığı etkin potansiyel, forma bağımlılıkla açıklanabilir. Etkin yük, logaritmik yasaya göre mesafeye bağlıdır:

T.n. ince yapı sabiti ≈7,3·10−3;

T.n. klasik yarıçap elektron ≈2,8·10−13 cm..

Juhling etkisi

Sapma olgusu elektrostatik potansiyel Coulomb yasası değerinden boşluktaki nokta yükleri Juhling etkisi olarak bilinir; bu, hidrojen atomu için Coulomb yasasından sapmaları hesaplayan ilk kişiydi. Uehling etkisi Lamb kaymasında 27 MHz'lik bir düzeltme sağlar.

Coulomb yasası ve süper ağır çekirdekler

Yakınlarda güçlü bir elektromanyetik alanda süper ağır çekirdeklerşarjla birlikte, her zamanki gibi vakumun yeniden yapılandırılması gerçekleştirilir faz geçişi. Bu, Coulomb yasasında değişikliklere yol açar

Coulomb yasasının bilim tarihindeki önemi

Coulomb yasası matematiksel dilde formüle edilen ilk açık niceliksel yasadır. elektromanyetik olaylar. Modern elektromanyetizma bilimi Coulomb yasasının keşfiyle başladı.

Ayrıca bakınız

• Elektrik alanı
• Uzun menzilli
• Biot-Savart-Laplace yasası
• Çekim Yasası
• Kolye, Charles Augustin de
• Sarkıt (ölçü birimi)
• Süperpozisyon ilkesi
• Maxwell denklemleri

Bağlantılar

• Coulomb Yasası (video ders, 10. sınıf programı)

Notlar

1. Landau L.D., Lifshits E.M. Teorik fizik: Ders Kitabı. kılavuz: Üniversiteler için. 10 ciltte T. 2 Alan teorisi. - 8. baskı, stereot. - M.: FIZMATLIT, 2001. - 536 s. - ISBN 5-9221-0056-4 (Cilt 2), Bölüm. 5 Sabit elektromanyetik alan, paragraf 38 Düzgün hareket eden yükün alanı, s. 132.
2. Landau L. D., Lifshits E. M. Teorik fizik: Ders Kitabı. kılavuz: Üniversiteler için. 10 ciltte T. 3. Kuantum mekaniği (göreceli olmayan teori). - 5. baskı, stereot. - M.: Fizmatlit, 2002. - 808 s. - ISBN 5-9221-0057-2 (Cilt 3), bölüm. 3 Schrödinger denklemi, s. 17 Schrödinger denklemi, s. 74
3. G. Bethe Kuantum mekaniği. - başına. İngilizce'den, ed. V. L. Bonch-Bruevich, “Mir”, M., 1965, Bölüm 1 Atomik yapı teorisi, Ch. 1 Schrödinger denklemi ve çözümü için yaklaşık yöntemler, s. 11
4. R. E. Peierls Doğa kanunları. Lane İngilizce'den tarafından düzenlendi prof. I. M. Khalatnikova, Fiziksel ve Matematiksel Edebiyat Devlet Yayınevi, M., 1959, kademe. 20.000 kopya, 339 s., Ch. 9 "Elektronlar yüksek hızlar", s. "Yüksek hızlarda kuvvetler. Diğer zorluklar", s. 263
5. L. B. Okun... z Temel parçacıkların fiziğine temel giriş, M., Nauka, 1985, Kütüphane "Kvant", cilt. 45, s. Sanal parçacıklar", İle. 57.
6. Yeni İletişim Acad. Sc. Göstr. Petropolitanae, v. IV, 1758, s. 301.
7. Epinus F.T.U. Elektrik ve manyetizma teorisi. - L.: SSCB Bilimler Akademisi, 1951. - 564 s. - (Bilim klasikleri). - 3000 kopya.
8. Abel Soçin (1760) Acta Helvetica, cilt. 4, sayfa 224-225.
9. J. Priestley. Tarih ve elektriğin mevcut durumu özgün deneylerle anlatılmaktadır. Londra, 1767, s. 732.
10. John Robinson Bir Mekanik Felsefe Sistemi(Londra, İngiltere: John Murray, 1822), cilt. 4. Sayfa 68'de Robison, 1769'da küreler arasında etki eden kuvvete ilişkin ölçümlerini yayınladığını belirtiyor. eşit yük Ayrıca Apinus, Cavendish ve Coulomb isimlerine dikkat çekerek bu alandaki araştırmaların tarihini de anlatıyor. Sayfa 73'te yazar, kuvvetin şu şekilde değiştiğini yazıyor: X−2,06.
11. S. R. Filonovich “Cavendish, Coulomb ve Elektrostatik”, M., “Bilgi”, 1988, BBK 22.33 F53, bölüm. "Hukukun Kaderi", s. 48
12. R. Feynman, R. Layton, M. Sands, Feynman Lectures on Physics, cilt. 5, "Elektrik ve Manyetizma", çev. İngilizce'den, ed. Ya. A. Smorodinsky, ed. 3, M., Editoryal URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (Elektrik ve manyetizma), ISBN 5-354-00698-8 ( İşi tamamla), ch. 4 “Elektrostatik”, paragraf 1 “Statik”, s. 70-71;
13. R. Feynman, R. Layton, M. Sands, Feynman Lectures on Physics, cilt. 5, "Elektrik ve Manyetizma", çev. İngilizce'den, ed. Ya. A. Smorodinsky, ed. 3, M., Editoryal URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (Elektrik ve manyetizma), ISBN 5-354-00698-8 (Tüm çalışma), bölüm. 5 “Gauss Yasasının Uygulanması”, paragraf 10 “İletken boşluğunun içindeki alan”, s. 106-108;
14. E. R. Williams, J. E. Faller, H. A. Hill "Coulomb Yasasının Yeni Deneysel Testi: Foton Dinlenme Kütlesinin Laboratuvar Üst Sınırı", Phys. Rev. Lett. 26, 721-724 (1971);
15. W. E. Lamb, R. C. Retherford Hidrojen Atomunun Mikrodalga Yöntemiyle İnce Yapısı (İngilizce) // Fiziksel İnceleme. - T. 72. - No. 3. - S. 241-243.
16. 1 2 R. Feynman, R. Layton, M. Sands, Feynman Lectures on Physics, cilt. 5, "Elektrik ve Manyetizma", çev. İngilizce'den, ed. Ya. A. Smorodinsky, ed. 3, M., Editoryal URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (Elektrik ve manyetizma), ISBN 5-354-00698-8 (Tüm çalışma), bölüm. 5 “Gauss Yasasının Uygulanması”, paragraf 8 “Coulomb Yasası Doğru mu?”, s. 103;
17. CODATA (Bilim ve Teknoloji Verileri Komitesi)
18. Berestetsky, V.B., Lifshits, E.M., Pitaevsky, L.P. Kuantum elektrodinamiği. - 3. baskı, revize edilmiş. - M .: Nauka, 1989. - S. 565-567. - 720 sn. - (“Teorik Fizik”, Cilt IV). - ISBN 5-02-014422-3
19. Neda Sadooghi Güçlü bir manyetik alanda QED'nin değiştirilmiş Coulomb potansiyeli (İngilizce).
20. Okun L. B. “Temel Parçacıkların Fiziği”, ed. 3rd, M., “Editör URSS”, 2005, ISBN 5-354-01085-3, BBK 22.382 22.315 22.3o, ch. 2 “Yerçekimi. Elektrodinamik", "Vakum Polarizasyonu", s. 26-27;
21. “Mikro dünyanın fiziği”, bölüm. ed. D. V. Shirkov, M., “ Sovyet ansiklopedisi", 1980, 528 s., hasta., 530.1(03), F50, md. "Etkili suçlama", yazar. Sanat. D.V. Shirkov, s.496;
22. Yavorsky B. M. “Mühendisler ve üniversite öğrencileri için fizik el kitabı” / B. M. Yavorsky, A. A. Detlaf, A. K. Lebedev, 8. baskı, gözden geçirildi. ve rev., M.: Onyx Publishing House LLC, Mir ve Education Publishing House LLC, 2006, 1056 s.: ill., ISBN 5-488-00330-4 (Onyx Publishing House LLC), ISBN 5-94666 -260- 0 (Yayınevi Mir and Education LLC), ISBN 985-13-5975-0 (Harvest LLC), UDC 530 (035) BBK 22.3, Ya22, “Uygulamalar”, “Temel fiziksel sabitler”, ile . 1008;
23. Uehling E.A., Phys. Rev., 48, 55, (1935)
24. “Mezonlar ve alanlar” S. Schweber, G. Bethe, F. Hoffmann cilt 1 Fields ch. 5 Dirac denkleminin özellikleri, paragraf 2. Durumlar negatif enerji C. 56, bölüm. 21 Yeniden normalleştirme, paragraf 5 336'dan vakum polarizasyonu
25. A. B. Migdal “Vakumun kutuplaşması güçlü alanlar ve pion yoğunlaşması", "İlerlemeler fizik bilimleri", t.123, v. 3, 1977, Kasım, s. 369-403;
26. Spiridonov O.P. “Evrensel fiziksel sabitler”, M., “Aydınlanma”, 1984, s. 52-53;

Edebiyat

1. Filonovich S. R. Kader klasik hukuk. - M., Nauka, 1990. - 240 s., ISBN 5-02-014087-2 (Kvant Kütüphanesi, sayı 79), ref. 70500 kopya

• Fiziksel yasalar
• Elektrostatik

Coulomb yasası

Coulomb yasası- yok edilemez iki nokta yükü arasındaki etkileşimin büyüklüğünü ve doğrudan kuvvetini belirleyen elektrostatik temel yasalarından biri. Yasa ilk olarak 1773 yılında Henry Cavendish tarafından deneysel olarak tatmin edici bir doğrulukla oluşturuldu. Sonuçlarını yayınlamadan küresel kapasitör yöntemini geliştirdi. 1785 yılında Charles Coulomb tarafından özel burulma kısıtlamalarının yardımıyla yasa oluşturuldu.

Viznachennya

vektör formu için:

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)) ,

Etkileşim kuvveti yüklerle aynı yöndedir; benzer yükler birbirini çeker ve zıt olanlar birbirini çeker. Coulomb yasasına göre belirlenen kuvvetler toplanır.

Yasanın formüle edilebilmesi için aşağıdaki zihinlerin kutsanması gerekir:

1. Yüklü cisimler arasındaki yüklerin doğruluğu, cismin boyutuna bağlı olarak çok daha fazla olabilir.
2. Kırılmaz suçlamalar. Uzun süren bir olayda, çökmekte olan yüke bir manyetik alan eklemek gerekir.
3. Kanun boşluktaki suçlamalar için formüle edilmiştir.

Elektrostatik oldu

Orantılılık faktörü k Buna elektrostatik çelik denir. Yok olma birimlerinin seçiminde yalan söylemek. Böylece, Uluslararası Sistemin birimleri (CI) vardır.

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)) - elektrikli hale geldi. Coulomb yasası şöyle görünür:

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)) .

Son üç yıldır bazı modifikasyonların ana sistemi GHS sistemi oldu. GHS sisteminin çeşitlerinden biri olan Gauss birim sistemi temel alınarak birçok klasik fizik literatürü yazılmıştır. Yük birimi öyle düzenlenmiştir ki k=1 ve Coulomb yasası şu şekli alır:

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)) .

Atom fiziğinde kuantum kimyasal reaksiyonlar için kullanılan Coulomb yasasının benzer bir biçimi atom sisteminde mevcut olabilir.

Coulomb yasası ortada

Ortamda kutuplaşmanın bir sonucu olarak yükler arasındaki etkileşim kuvveti değişir. Homojen bir izotropik ortam için dielektrik çelik veya dielektrik penetrasyon adı verilen ve ε (\displaystyle \varepsilon) olarak da adlandırılan bu ortamın orantısal değer karakteristiğinde bir değişiklik olur. CI sistemindeki Coulomb kuvveti şuna benzer:

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)) .

Dielektriklik bire çok yaklaşmıştır, dolayısıyla bu durumda vakum formülü yeterli doğrulukla belirlenebilir.

Keşif geçmişi

Elektrikli cisimler arasındaki etkileşimlerin, ağır alanın karesiyle aynı orantı yasasına tabi olduğu yönündeki varsayımlar, 18. yüzyılın ortalarında soyundan gelenler tarafından defalarca belirlendi. 1770'lerin başında Henry Cavendish deneysel olarak keşfetti, ancak sonuçlarını yayınlamadı ve ancak 19. yüzyılın sonunda tanındı. arşivlerimin yayınlanmasından sonra. Charles Coulomb, 1785 yasasını Fransız Bilimler Akademisi'ne sunduğu iki anısında yayınladı. 1835'te Karl Gaus, Coulomb yasasına dayanarak türetilen Gaus teoremini yayınladı. Gaus teoremine göre Coulomb yasası elektrodinamiğin temel ilkeleri arasında yer almaktadır.

Yasayı tersine çevirmek

Cavendish yöntemi kullanılarak karasal zihinlerde gerçekleştirilen deneylerdeki makroskopik incelemelerde, şu seviyeye ulaşıldı: R Coulomb yasasında 2'yi 6·10−16'dan fazla bölmek imkansızdır. Alfa parçacıklarının saçılmasıyla ilgili deneylerden, Coulomb yasasının 10−14 m mesafelere kadar ihlal edilmediği ortaya çıkıyor. Öte yandan, yüklü parçacıkların bu mesafelerdeki etkileşimini tanımlamak için hangi terimlerle anlaşıldığı anlaşılıyor. yasa formüle edilmiştir (güç kavramı nya'dır), harcamak mantıklıdır. Bu geniş ölçekli alan kuantum mekaniğinin kanunlarına sahiptir.

Coulomb yasası, şarj frekanslarının etkileşiminin sanal foton değişimini içerdiği çerçevede kuantum elektrodinamiğinin miraslarından biri olarak kullanılabilir. Sonuç olarak, kuantum elektrodinamiğinin ilkelerinin test edilmesiyle elde edilen deneylerin ardından Coulomb yasasını test etmek mümkündür. Bu nedenle, elektronların ve pozitronların yok olmasıyla ilgili deneyler, kuantum elektrodinamiği yasalarının 10−18 m'lik mesafeler için geçerli olmadığını göstermektedir.

Bölüm Ayrıca

• Gaus teoremi
• Lorentz kuvveti

Dzherela

• Goncharenko S.U. Fizik: Temel kanunlar ve formüller.. - K.: Libid, 1996. - 47 s.
• Kucheruk İ. M., Gorbaçuk I. T., Lutsik P.P. Elektrik ve manyetizma // Zagalny fizik dersi. - K.: Tekhnika, 2006. - T. 2. - 456 s.
• Frish S.E., Timoreva A.V. Elektrik ve elektromanyetik kutular // Küresel fizik dersi. - K .: Radyanskaya okulu, 1953. - T. 2. - 496 s.
• Fiziksel Ansiklopedi / Ed. A. M. Prokhorova. - M .: Sovyet Ansiklopedisi, 1990. - T. 2. - 703 s.
• Sivukhin D.V. Elektrik // Genel kurs fizik. - M.: Fizmatlit, 2009. - T. 3. - 656 s.

Notlar

1. A B Akışkanlıkları ışıktan çok daha düşük olduğundan Coulomb yasası kuru yüklere yakından uygulanabilir.
2. A B Y - Coulomb (1785a) "Premier mémoire sur l'électricité et le magnétisme," , sayfa 569-577 -- Pandantif dokunmuş veya aynı şarjların yerleştirilmesi için kullanılmış:
   

   Sayfa 574: Bu üç denemenin sonucu, doğadaki elektrik toplarının başka bir yerde uyguladığı itici eylem, mesafelerin tersinin sebebine uyuyor.

   Çeviri: Ayrıca, bu üç sonuçtan, aynı nitelikteki elektrikle yüklenen iki elektrikli bobin arasındaki kuvvetin, mesafenin karesine kadar sınırlandırılmış orantı yasasını takip ettiği sonucu çıkar.

   Y - Coulomb (1785b) "Second mémoire sur l'électricité et le magnétisme," Royale Bilimler Akademisi Tarihi, sayfa 578-611. - Pandantif, bitişik yüklere sahip cisimlerin orantısal ilişkileri nedeniyle kuvvet tarafından çekildiğini gösterdi.

3. Böyle açıkça karmaşık bir akıl yürütme formülünün seçimi, Uluslararası Sistemde temel birimin elektrik yükü değil, elektrik akımı amper birimi olması ve elektrodinamiğin ana seviyesinin 4 π çarpanı olmadan yazılmasından kaynaklanmaktadır. (\displaystyle 4 \pi) .

Coulomb yasası

Irina Ruderfer

Coulomb yasası noktasal elektrik yüklerinin etkileşimi ile ilgili bir yasadır.

1785 yılında Coulomb tarafından keşfedilmiştir. Charles Coulomb, metal toplarla çok sayıda deney yaptıktan sonra yasanın aşağıdaki formülasyonunu vermiştir:

Bir boşluktaki iki sabit yüklü cisim arasındaki etkileşim kuvveti, yükleri birleştiren düz çizgi boyunca yönlendirilir, yük modüllerinin çarpımı ile doğru orantılıdır ve aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır.
Yasanın doğru olabilmesi için aşağıdakilerin gerekli olduğuna dikkat etmek önemlidir:
1. yüklerin nokta niteliği - yani yüklü cisimler arasındaki mesafe, boyutlarından çok daha fazladır.
2.hareketsizlikleri. Aksi takdirde, ek etkilerin dikkate alınması gerekir: hareketli bir yükün ortaya çıkan manyetik alanı ve buna karşılık gelen, başka bir hareketli yüke etki eden ilave Lorentz kuvveti.
3. Boşlukta etkileşim.
Ancak kanun bazı düzenlemelerle yüklerin bir ortamdaki etkileşimleri ve hareketli yükler için de geçerlidir.

C. Coulomb'un formülasyonunda vektör formunda yasa şu şekilde yazılmıştır:

Burada F1,2, yük 1'in yük 2'ye etki ettiği kuvvettir; q1,q2 - yüklerin büyüklüğü; - yarıçap vektörü (yük 1'den yük 2'ye yönlendirilen ve mutlak değer olarak yükler arasındaki mesafeye eşit olan vektör - r12); k - orantılılık katsayısı. Dolayısıyla yasa, benzer yüklerin birbirini ittiğini (ve farklı yüklerin çektiğini) belirtir.

Tahıllara karşı ütülemeyin!

Binlerce yıldır elektriğin varlığını bilen insanlar, onu bilimsel olarak incelemeye ancak 18. yüzyılda başladı. (Bu konuyu ele alan dönemin bilim adamlarının, elektriği fizikten ayrı bir bilim olarak tanımlamaları ve kendilerine "elektrikçi" adını vermeleri ilginçtir.) Elektriğin öncülerinden biri de Charles Augustin de Coulomb'du. Çeşitli elektrostatik yükler taşıyan cisimler arasındaki etkileşim kuvvetlerini dikkatle inceledikten sonra, şimdi kendi adını taşıyan yasayı formüle etti. Temel olarak deneylerini şu şekilde gerçekleştirdi: en ince ipliklere asılan iki küçük topa çeşitli elektrostatik yükler aktarıldı, ardından toplarla süspansiyonlar yaklaştı. Yeterince yaklaştıklarında, toplar birbirlerine çekilmeye (zıt kutuplu elektrik yükleriyle) veya itilmeye (tek kutuplu yükler durumunda) başladı. Sonuç olarak, iplikler, elektrostatik çekim veya itme kuvvetlerinin kuvvetler tarafından dengelendiği yeterince büyük bir açıda dikeyden saptı. yer çekimi. Sapma açısını ölçen ve topların kütlesini ve süspansiyonların uzunluğunu bilen Coulomb, topların birbirinden farklı mesafelerindeki elektrostatik etkileşim kuvvetlerini hesapladı ve bu verilere dayanarak ampirik bir formül türetti:

Q ve q, elektrostatik yüklerin büyüklükleri olduğunda, D, aralarındaki mesafedir ve k, deneysel olarak belirlenen Coulomb sabitidir.

Hemen ikisini not edelim ilginç anlar Coulomb yasasında. Öncelikle kendi tarzında matematiksel form kanunu tekrarlıyor evrensel yerçekimi Newton, eğer ikincisinde kütleleri yüklerle değiştirirsek ve Newton sabitini Coulomb sabitiyle değiştirirsek. Ve bu benzerliğin birçok nedeni var. Modern göre kuantum teorisi alanlar hem elektrik hem de yerçekimi alanları fiziksel bedenler birbirleriyle, dinlenme kütlesinden (sırasıyla fotonlar veya gravitonlar) yoksun temel enerji taşıyan parçacıklar alışverişinde bulunduğunda ortaya çıkar. Dolayısıyla, yerçekimi ve elektriğin doğasındaki bariz farklılığa rağmen, bu iki kuvvetin pek çok ortak noktası vardır.

Saniye önemli not Coulomb sabiti ile ilgilidir. İskoç teorik fizikçi James Clerk Maxwell, Maxwell'in denklem sistemini genel açıklama elektromanyetik alanlar, Coulomb sabitinin doğrudan ışık hızı c ile ilişkili olduğu ortaya çıktı. Son olarak Albert Einstein, görelilik teorisi çerçevesinde c'nin temel bir dünya sabiti rolünü oynadığını gösterdi. Bu şekilde en soyut ve evrensel teoriler modern bilim ile başlayarak, önceden elde edilen sonuçları özümseyerek yavaş yavaş geliştirildi. basit sonuçlar, masaüstü fiziksel deneylere dayanarak yapılmıştır.
http://elementy.ru/trefil/coulomb_law
http://www.fieldphysics.ru/coulombs_law/
http://www.vnz.ru/spravki/zakon-Kulona.html