Coulomb yasası nedir? Coulomb yasası ve süper ağır çekirdekler

Elektrik yüklerinin etkileşiminin temel yasası, 1785'te Charles Coulomb tarafından deneysel olarak bulundu. Coulomb bunu buldu yüklü iki küçük metal top arasındaki etkileşimin kuvveti, aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır ve yüklerin büyüklüğüne bağlıdır ve:

Nerede - orantılılık faktörü .

Yüklere etki eden kuvvetler, öyle merkezi yani yükleri birleştiren düz çizgi boyunca yönlendirilirler.

Coulomb yasası yazılabilir vektör biçiminde:,

Nerede - Yükün yanından yüke etki eden kuvvetin vektörü,

Yükü yüke bağlayan yarıçap vektörü;

Yarıçap vektör modülü.

Yandan yüke etki eden kuvvet eşittir.

Coulomb yasası bu formda

adil yalnızca nokta elektrik yüklerinin etkileşimi için yani aralarındaki mesafeye kıyasla doğrusal boyutları ihmal edilebilecek yüklü cisimler.

etkileşimin gücünü ifade eder sabit elektrik yükleri arasında, yani bu elektrostatik yasadır.

Coulomb yasasının formülasyonu:

İki nokta elektrik yükü arasındaki elektrostatik etkileşimin kuvveti, yüklerin büyüklüklerinin çarpımı ile doğru orantılıdır ve aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır..

Orantılılık faktörü Coulomb yasasında bağlı olmak

ortamın özelliklerinden

Formülde yer alan büyüklüklerin ölçü birimlerinin seçimi.

Bu nedenle ilişkiyle temsil edilebilir.

Nerede - katsayı yalnızca ölçü birimi sistemi seçimine bağlıdır;

Ortamın elektriksel özelliklerini karakterize eden boyutsuz miktara denir. ortamın bağıl dielektrik sabiti . Ölçü birimleri sisteminin seçimine bağlı değildir ve boşluktaki bire eşittir.

O zaman Coulomb yasası şu şekli alacaktır:

vakum için,

Daha sonra - Bir ortamın bağıl dielektrik sabiti, belirli bir ortamda birbirinden belirli bir mesafede bulunan iki nokta elektrik yükü arasındaki etkileşim kuvvetinin boşluktakinden kaç kez daha az olduğunu gösterir.

SI sisteminde katsayısı ve

Coulomb yasası şu şekildedir::.

Bu K yasasının rasyonelleştirilmiş gösterimi yakalamak.

Elektrik sabiti, .

SGSE sisteminde ,.

Vektör formunda Coulomb yasası formu alır

Nerede - yükün yanından yüke etki eden kuvvet vektörü ,

Yükü yüke bağlayan yarıçap vektörü

R–yarıçap vektörünün modülü .

Herhangi bir yüklü cisim birçok noktasal elektrik yükünden oluşur, bu nedenle yüklü bir cismin diğerine etki ettiği elektrostatik kuvvet, birinci cismin her bir nokta yükü tarafından ikinci cismin tüm nokta yüklerine uygulanan kuvvetlerin vektör toplamına eşittir.

1.3. Elektrik alanı. Tansiyon.

Uzay, Elektrik yükünün bulunduğu yer belirlidir fiziksel özellikler.

Her ihtimale karşı bir diğer bu boşluğa verilen yüke elektrostatik Coulomb kuvvetleri etki eder.

Uzayın her noktasına bir kuvvet etki ediyorsa, o uzayda bir kuvvet alanının var olduğu söylenir.

Alan, maddeyle birlikte, maddenin bir biçimidir.

Alan sabitse, yani zamanla değişmiyorsa ve sabit elektrik yükleri tarafından yaratılıyorsa, böyle bir alana elektrostatik denir.

Elektrostatik yalnızca elektrostatik alanları ve sabit yüklerin etkileşimlerini inceler.

Elektrik alanını karakterize etmek için yoğunluk kavramı tanıtıldı . Tansiyonelektrik alanının her noktasındaki yu, sayısal olarak bu alanın belirli bir noktaya yerleştirilen bir test pozitif yüküne etki ettiği kuvvetin oranına ve bu yükün büyüklüğüne eşit olan ve yönünde yönlendirilen bir vektör olarak adlandırılır. kuvvet.

Test ücreti Sahaya verilen yükün bir nokta yükü olduğu varsayılır ve genellikle deneme yükü olarak adlandırılır.

- Alanın oluşumuna katılmaz, onun yardımıyla ölçülür.

Bu ücretin olduğu varsayılıyor incelenen alanı bozmaz, yani yeterince küçüktür ve alanı oluşturan yüklerin yeniden dağılımına neden olmaz.

Bir alan bir test noktası yüküne bir kuvvetle etki ediyorsa, o zaman gerilim olur.

Gerginlik birimleri:

SI sisteminde ifade nokta yük alanı için:

Vektör formunda:

İşte yükten çizilen yarıçap vektörü Q, belirli bir noktada bir alan oluşturmak.

Böylece, bir nokta yükünün elektrik alan kuvveti vektörleriQ alanın tüm noktalarında radyal olarak yönlendirilir(Şekil 1.3)

- suçlamadan, olumlu ise “kaynak”

- ve olumsuz olması durumunda suçlamaya"boşaltmak"

Grafiksel yorumlama için elektrik alanı tanıtıldı kuvvet çizgisi kavramı veyagerilim hatları . Bu

eğri , gerilim vektörüyle çakışan her noktadaki teğet.

Gerilim hattı pozitif yükte başlar ve negatif yükte biter.

Gerilme çizgileri kesişmez çünkü alanın her noktasında gerilim vektörü yalnızca bir yöne sahiptir.

1785 yılında Fransız fizikçi Charles Coulomb deneysel olarak elektrostatiğin temel yasasını (iki sabit nokta yüklü cisim veya parçacığın etkileşim yasası) oluşturdu.

Sabit elektrik yüklerinin etkileşimi yasası - Coulomb yasası - temel (temel) bir fiziksel yasadır ve yalnızca deneysel olarak oluşturulabilir. Doğanın başka hiçbir kanunundan kaynaklanmaz.

Şarj modüllerini | ile belirtirsek Q 1 | ve | Q 2 | ise Coulomb yasası aşağıdaki biçimde yazılabilir:

\(~F = k \cdot \dfrac(|q_1| \cdot |q_2|)(r^2)\) , (1)

Nerede k– değeri elektrik yükü birimlerinin seçimine bağlı olan orantı katsayısı. SI sisteminde \(~k = \dfrac(1)(4 \pi \cdot \varepsilon_0) = 9 \cdot 10^9\) N m 2 / C 2, burada ε 0, 8,85'e eşit elektrik sabitidir · 10 -12 C2/Nm2.

Kanun beyanı:

Bir boşluktaki iki nokta sabit yüklü cisim arasındaki etkileşim kuvveti, yük modüllerinin çarpımı ile doğru orantılıdır ve aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır.

Bu kuvvete denir Coulomb.

Bu formülasyondaki Coulomb yasası yalnızca aşağıdaki durumlar için geçerlidir: nokta yüklü cisimler, çünkü sadece onlar için yükler arasındaki mesafe kavramının belli bir anlamı vardır. Doğada nokta yüklü cisimler yoktur. Ancak cisimler arasındaki mesafe boyutlarından kat kat fazlaysa, o zaman yüklü cisimlerin ne şekli ne de boyutu, deneyimin gösterdiği gibi, aralarındaki etkileşimi önemli ölçüde etkilemez. Bu durumda cisimler nokta cisimler olarak düşünülebilir.

İpliklerin üzerinde asılı duran iki yüklü topun ya birbirini çektiğini ya da ittiğini bulmak kolaydır. Buradan, iki sabit nokta yüklü cisim arasındaki etkileşim kuvvetlerinin, bu cisimleri birleştiren düz çizgi boyunca yönlendirildiği sonucu çıkar. Bu tür kuvvetlere denir merkezi. İkinci yükten birinci yüke etki eden kuvveti \(~\vec F_(1,2)\) ile ve ikinci yüke etki eden kuvveti \(~\vec F_(2,1)\) ile gösterirsek ilkinden (Şekil 1), ardından Newton'un üçüncü yasasına göre \(~\vec F_(1,2) = -\vec F_(2,1)\) . İkinci yükten birinciye çizilen yarıçap vektörünü \(\vec r_(1,2)\) ile gösterelim (Şekil 2), o zaman

\(~\vec F_(1,2) = k \cdot \dfrac(q_1 \cdot q_2)(r^3_(1,2)) \cdot \vec r_(1,2)\) . (2)

Suçlamaların işaretleri varsa Q 1 ve Q 2 aynıysa, bu durumda \(~\vec F_(1,2)\) kuvvetinin yönü \(~\vec r_(1,2)\) vektörünün yönüyle çakışır; aksi halde, \(~\vec F_(1,2)\) ve \(~\vec r_(1,2)\) vektörleri zıt yönlerde yönlendirilir.

Nokta yüklü cisimlerin etkileşim yasasını bilerek, herhangi bir yüklü cismin etkileşim kuvvetini hesaplayabiliriz. Bunu yapmak için bedenlerin zihinsel olarak o kadar küçük parçalara bölünmesi gerekir ki, her biri bir nokta olarak kabul edilebilir. Tüm bu elemanların birbirleriyle etkileşim kuvvetlerini geometrik olarak toplayarak ortaya çıkan etkileşim kuvvetini hesaplayabiliriz.

Coulomb yasasının keşfi, elektrik yükünün özelliklerini incelemede ilk somut adımdır. Cisimlerde veya temel parçacıklarda elektrik yükünün varlığı, bunların Coulomb yasasına göre birbirleriyle etkileşime girdiği anlamına gelir. Şu anda Coulomb yasasının katı bir şekilde uygulanmasından herhangi bir sapma tespit edilmedi.

Coulomb'un deneyi

Coulomb'un deneylerini yürütme ihtiyacı, 18. yüzyılın ortalarında ortaya çıktı. Elektrik olaylarıyla ilgili birçok yüksek kaliteli veri birikmiştir. Onlara niceliksel bir yorum verme ihtiyacı vardı. Elektriksel etkileşim kuvvetleri nispeten küçük olduğundan, ölçüm yapmayı ve gerekli kantitatif materyali elde etmeyi mümkün kılacak bir yöntemin oluşturulmasında ciddi bir sorun ortaya çıktı.

Fransız mühendis ve bilim adamı C. Coulomb, küçük kuvvetleri ölçmek için bilim adamının kendisi tarafından keşfedilen aşağıdaki deneysel gerçeğe dayanan bir yöntem önerdi: Bir metal telin elastik deformasyonu sırasında ortaya çıkan kuvvet, bükülme açısıyla doğru orantılıdır; Tel çapının dördüncü kuvveti ve uzunluğuyla ters orantılı:

\(~F_(ynp) = k \cdot \dfrac(d^4)(l) \cdot \varphi\) ,

Nerede D- çap, ben– tel uzunluğu, φ – bükülme açısı. Verilen matematiksel ifadede orantı katsayısı k ampirik olarak belirlendi ve telin yapıldığı malzemenin doğasına bağlıydı.

Bu model sözde burulma dengelerinde kullanıldı. Oluşturulan ölçekler, 5·10 -8 N düzeyindeki ihmal edilebilir kuvvetlerin ölçülmesini mümkün kıldı.

Burulma terazileri (Şekil 3, a) hafif bir cam külbütörden oluşuyordu 9 10,83 cm uzunluğunda, gümüş bir tel üzerinde asılı 5 yaklaşık 75 cm uzunluğunda, 0,22 cm çapında. Sallananın bir ucunda yaldızlı bir mürver topu vardı. 8 ve diğer tarafta - bir karşı ağırlık 6 - terebentine batırılmış bir kağıt daire. Telin üst ucu cihazın kafasına takıldı 1 . Burada da bir işaret vardı 2 ipliğin bükülme açısının dairesel bir ölçekte ölçülmesinin yardımıyla 3 . Ölçek derecelendirildi. Bu sistemin tamamı cam silindirlerin içine yerleştirilmişti 4 Ve 11 . Alt silindirin üst kapağında, içine bilyeli bir cam çubuğun yerleştirildiği bir delik vardı. 7 sonunda. Deneylerde çapları 0,45 ile 0,68 cm arasında değişen toplar kullanıldı.

Deneye başlamadan önce baş göstergesi sıfıra ayarlandı. Daha sonra top 7 önceden elektriklendirilmiş bir toptan şarj edilir 12 . Top dokunduğunda 7 hareketli top ile 8 şarjın yeniden dağıtımı gerçekleşti. Ancak topların çapları aynı olduğundan topların üzerindeki yükler de aynıydı. 7 Ve 8 .

Bilyaların elektrostatik itmesinden dolayı (Şekil 3, b), külbütör 9 bir açıyla döndürülmüş γ (ölçekte 10 ). Kafayı kullanma 1 bu külbütör orijinal konumuna geri döndü. bir ölçekte 3 işaretçi 2 açının belirlenmesine izin verildi α ipliği bükmek. Toplam bükülme açısı φ = γ + α . Toplar arasındaki etkileşimin kuvveti orantılıydı φ yani bükülme açısına bakılarak bu kuvvetin büyüklüğü değerlendirilebilir.

Toplar arasında sabit bir mesafeyle (bir ölçekte kaydedildi) 10 derece ölçüsünde) nokta cisimlerin elektriksel etkileşim kuvvetinin üzerlerindeki yük miktarına bağımlılığı incelenmiştir.

Kuvvetin topların yüküne bağımlılığını belirlemek için Coulomb, toplardan birinin yükünü değiştirmenin basit ve ustaca bir yolunu buldu. Bunu yapmak için yüklü bir top (toplar) bağladı. 7 veya 8 ) aynı boyutta yüksüz (top) 12 yalıtım kolunda). Bu durumda, yük toplar arasında eşit olarak dağıtıldı ve bu da incelenen yükü 2, 4 vb. kat azalttı. Yükün yeni değerindeki kuvvetin yeni değeri yine deneysel olarak belirlendi. Aynı zamanda ortaya çıktı kuvvetin topların yüklerinin çarpımı ile doğru orantılı olduğu:

\(~F \sim q_1 \cdot q_2\) .

Elektriksel etkileşimin gücünün mesafeye bağımlılığı şu şekilde keşfedildi. Toplara bir yük verdikten sonra (aynı yüke sahiplerdi), külbütör belirli bir açıyla saptı γ . Daha sonra kafayı çevirerek 1 bu açı azaldı γ 1. Toplam bükülme açısı φ 1 = α 1 + (γ - γ 1)(α 1 – kafa dönüş açısı). Topların açısal mesafesi azaltıldığında γ 2 toplam bükülme açısı φ 2 = α 2 + (γ - γ 2). Eğer fark edildi ki γ 1 = 2γ 2, İÇİN φ 2 = 4φ 1, yani mesafe 2 kat azaldığında, etkileşim kuvveti 4 kat artar. Burulma deformasyonu sırasında kuvvet momenti, bükülme açısıyla ve dolayısıyla kuvvetle doğru orantılı olduğundan kuvvet momenti aynı miktarda arttı (kuvvetin kolu değişmeden kaldı). Bu, aşağıdaki sonuca yol açar: Yüklü iki top arasındaki etkileşim kuvveti, aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır:

\(~F \sim \dfrac(1)(r^2)\) .

Edebiyat

1. Myakishev G.Ya. Fizik: Elektrodinamik. 10-11 sınıflar: ders kitabı. derinlemesine fizik çalışması için / G.Ya. Myakishev, A.Z. Sinyakov, B.A. Slobodskov. – M.: Bustard, 2005. – 476 s.
2. Volshtein S.L. ve diğerleri Okulda fizik bilimi yöntemleri: Öğretmenler için bir el kitabı / S.L. Volstein, S.V. Pozoisky, V.V. Usanov; Ed. S.L. Wolstein. – Mn.: Nar. Asveta, 1988. – 144 s.

Ücretler ve elektrik, yüklü cisimlerin etkileşiminin gözlendiği durumlar için gerekli terimlerdir. İtme ve çekme kuvvetleri yüklü cisimlerden yayılıyor ve aynı anda her yöne yayılıyor, mesafe arttıkça yavaş yavaş kayboluyor gibi görünüyor. Bu kuvvet bir zamanlar ünlü Fransız doğa bilimci Charles Coulomb tarafından keşfedildi ve yüklü cisimlerin uyduğu kurala o zamandan beri Coulomb Yasası adı verildi.

Charles Kolye

Fransız bilim adamı, mükemmel bir eğitim aldığı Fransa'da doğdu. Edindiği bilgileri mühendislik bilimlerinde aktif olarak uyguladı ve mekanizma teorisine önemli katkılarda bulundu. Coulomb, yel değirmenlerinin çalışmasını, çeşitli yapıların istatistiklerini ve dış kuvvetlerin etkisi altında ipliklerin burulmasını inceleyen çalışmaların yazarıdır. Bu çalışmalardan biri sürtünme süreçlerini açıklayan Coulomb-Amonton yasasının keşfedilmesine yardımcı oldu.

Ancak Charles Coulomb statik elektrik çalışmalarına asıl katkısını yaptı. Bu Fransız bilim adamının gerçekleştirdiği deneyler, onun fiziğin en temel yasalarından birini anlamasını sağladı. Yüklü cisimlerin etkileşiminin doğası hakkındaki bilgimizi ona borçluyuz.

Arka plan

Elektrik yüklerinin birbirlerine etki ettiği çekme ve itme kuvvetleri, yüklü cisimleri birleştiren düz çizgi boyunca yönlendirilir. Mesafe arttıkça bu kuvvet zayıflar. Isaac Newton'un evrensel çekim yasasını keşfetmesinden bir yüzyıl sonra, Fransız bilim adamı Charles Coulomb, yüklü cisimler arasındaki etkileşim ilkesini deneysel olarak inceledi ve böyle bir kuvvetin doğasının yerçekimi kuvvetlerine benzer olduğunu kanıtladı. Dahası, ortaya çıktığı gibi, bir elektrik alanında etkileşen cisimler, yerçekimi alanında kütlesi olan herhangi bir cisimle aynı şekilde davranır.

Coulomb cihazı

Charles Coulomb'un ölçümlerini yaptığı cihazın şeması şekilde gösterilmiştir:

Görüldüğü gibi bu tasarım, Cavendish'in kendi döneminde kütle çekim sabitinin değerini ölçmek için kullandığı cihazdan aslında pek farklı değil. İnce bir iplik üzerine asılan yalıtkan çubuğun ucu, belirli bir elektrik yükü verilen metal bir topla biter. Başka bir metal top topa yaklaştırılır ve yaklaştıkça etkileşim kuvveti ipliğin bükülme derecesine göre ölçülür.

Coulomb deneyi

Coulomb, o zamanlar zaten bilinen Hooke Yasasının ipliğin bükülme kuvvetine uygulanabileceğini öne sürdü. Bilim adamı, bir topun farklı mesafelerindeki kuvvet değişimini diğerinden karşılaştırdı ve etkileşim kuvvetinin, değerini toplar arasındaki mesafenin karesiyle ters orantılı olarak değiştirdiğini buldu. Kolye, yüklenen topun değerlerini q'dan q/2, q/4, q/8 vb.'ye değiştirmeyi başardı. Yükteki her değişiklikle etkileşim kuvvetinin değeri orantılı olarak değişti. Böylece yavaş yavaş daha sonra "Coulomb Yasası" olarak adlandırılan bir kural formüle edildi.

Tanım

Fransız bilim adamı deneysel olarak, iki yüklü cismin etkileşime girdiği kuvvetlerin, yüklerinin çarpımı ile orantılı ve yükler arasındaki mesafenin karesi ile ters orantılı olduğunu kanıtladı. Bu ifade Coulomb yasasıdır. Matematiksel formda şu şekilde ifade edilebilir:

Bu ifadede:

• q - ücret miktarı;
• d yüklü cisimler arasındaki mesafedir;
• k elektriksel sabittir.

Elektrik sabitinin değeri büyük ölçüde ölçüm birimi seçimine bağlıdır. Modern sistemde, elektrik yükünün büyüklüğü coulomb cinsinden ve elektrik sabiti buna göre newton×m 2 / coulomb 2 cinsinden ölçülür.

Son ölçümler, bu katsayının deneyin gerçekleştirildiği ortamın dielektrik sabitini hesaba katması gerektiğini göstermiştir. Şimdi değer k=k 1 /e oranı biçiminde gösterilmektedir; burada k 1 zaten bildiğimiz elektrik sabitidir ve dielektrik sabitinin bir göstergesi değildir. Vakum koşullarında bu değer birliğe eşittir.

Coulomb yasasından sonuçlar

Bilim adamı, farklı miktarlarda yüklerle deneyler yaparak, farklı miktarda yüke sahip cisimler arasındaki etkileşimi test etti. Elbette elektrik yükünü herhangi bir birimde ölçemiyordu - hem bilgiden hem de uygun araçlardan yoksundu. Charles Coulomb yüklü bir topa yüksüz bir topa dokunarak mermiyi ayırmayı başardı. Başlangıç ​​yükünün kesirli değerlerini bu şekilde elde etti. Bir dizi deney, elektrik yükünün korunduğunu ve yük miktarını artırmadan veya azaltmadan bir değişimin gerçekleştiğini göstermiştir. Bu temel prensip, elektrik yükünün korunumu yasasının temelini oluşturur. Artık bu yasanın hem temel parçacıkların mikro dünyasında hem de yıldızların ve galaksilerin makro dünyasında gözlemlendiği kanıtlanmıştır.

Coulomb yasasının gerçekleşmesi için gerekli koşullar

Kanunun daha doğru bir şekilde uygulanabilmesi için aşağıdaki şartların yerine getirilmesi gerekmektedir:

• Ücretler puan ücreti olmalıdır. Başka bir deyişle, gözlemlenen yüklü cisimler arasındaki mesafe, boyutlarından çok daha büyük olmalıdır. Yüklü cisimler küresel bir şekle sahipse, tüm yükün kürenin merkezi olan bir noktada bulunduğunu varsayabiliriz.
• Ölçülen cisimler hareketsiz olmalıdır. Aksi takdirde, hareketli yük, yüklü gövdeye ek ivme kazandıran Lorentz kuvveti gibi çok sayıda dış faktörden etkilenecektir. Ve ayrıca hareketli yüklü bir cismin manyetik alanı.
• Hava kütlesi akışlarının gözlem sonuçları üzerindeki etkisini önlemek için gözlemlenen cisimler vakumda olmalıdır.

Coulomb yasası ve kuantum elektrodinamiği

Kuantum elektrodinamiği açısından yüklü cisimlerin etkileşimi, sanal fotonların değişimi yoluyla gerçekleşir. Bu tür gözlemlenemeyen parçacıkların ve sıfır kütlenin, ancak sıfır yükün varlığı, belirsizlik ilkesiyle dolaylı olarak doğrulanır. Bu prensibe göre, böyle bir parçacığın yayınlanma anları ile soğurulması anları arasında sanal bir foton var olabilir. Cisimler arasındaki mesafe ne kadar küçük olursa, fotonun yolu kat etmesi o kadar az zaman alır, dolayısıyla yayılan fotonların enerjisi de o kadar büyük olur. Gözlemlenen yükler arasında küçük bir mesafede, belirsizlik ilkesi hem kısa dalga hem de uzun dalga parçacıklarının alışverişine izin verir ve büyük mesafelerde kısa dalga fotonları alışverişe katılmaz.

Coulomb yasasının uygulanmasında sınırlamalar var mı?

Coulomb yasası iki noktasal yükün boşluktaki davranışını tamamen açıklar. Ancak gerçek cisimler söz konusu olduğunda yüklü cisimlerin hacimsel boyutları ve gözlemin gerçekleştirildiği ortamın özellikleri dikkate alınmalıdır. Örneğin bazı araştırmacılar, küçük bir yük taşıyan ve büyük yüklü başka bir nesnenin elektrik alanına zorlanan bir cismin, bu yük tarafından çekilmeye başladığını gözlemlemiştir. Bu durumda benzer yüklü cisimlerin birbirini ittiği iddiası boşa çıkar ve gözlenen olaya başka bir açıklama aranması gerekir. Büyük olasılıkla, Coulomb yasasının veya elektrik yükünün korunumu ilkesinin ihlalinden bahsetmiyoruz - bilimin biraz sonra açıklayabileceği, tam olarak araştırılmamış olayları gözlemlememiz mümkündür.

Coulomb yasası yüklü cisimlerin etkileşimini niceliksel olarak tanımlar. Bu temel bir yasadır, yani deney yoluyla oluşturulmuştur ve başka hiçbir doğa yasasından kaynaklanmamaktadır. Vakumdaki sabit nokta yükler için formüle edilmiştir. Gerçekte nokta yükler mevcut değildir, ancak boyutları aralarındaki mesafeden önemli ölçüde daha küçük olan yükler bu şekilde kabul edilebilir. Havadaki etkileşimin kuvveti, boşluktaki etkileşimin kuvvetinden neredeyse hiç farklı değildir (binde birden daha zayıftır).

Elektrik yükü parçacıkların veya cisimlerin elektromanyetik kuvvet etkileşimlerine girme özelliğini karakterize eden fiziksel bir niceliktir.

Sabit yüklerin etkileşimi kanunu ilk olarak 1785 yılında Fransız fizikçi C. Coulomb tarafından keşfedilmiştir. Coulomb'un deneylerinde boyutları aralarındaki mesafeden çok daha küçük olan toplar arasındaki etkileşim ölçülmüştür. Bu tür yüklü cisimlere genellikle denir puan ücretleri.

Çok sayıda deneye dayanarak Coulomb aşağıdaki yasayı oluşturdu:

Bir boşluktaki iki sabit nokta elektrik yükü arasındaki etkileşim kuvveti, modüllerinin çarpımı ile doğru orantılıdır ve aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır. Yükleri birleştiren düz çizgi boyunca yönlendirilir ve yükler zıtsa çekici bir kuvvet, benzerse itici bir kuvvettir.

Şarj modüllerini | ile belirtirsek Q 1 | ve | Q 2 | ise Coulomb yasası aşağıdaki biçimde yazılabilir:

\[ F = k \cdot \dfrac(\left|q_1 \right| \cdot \left|q_2 \right|)(r^2) \]

Coulomb yasasındaki orantı katsayısı k, birim sisteminin seçimine bağlıdır.

\[ k=\frac(1)(4\pi \varepsilon _0) \]

Coulomb yasasının tam formülü:

\[ F = \dfrac(\left|q_1 \right|\left|q_2 \right|)(4 \pi \varepsilon_0 \varepsilon r^2) \]

\(F\) - Coulomb Kuvveti

\(q_1 q_2 \) - Vücudun elektrik yükü

\(r\) - Yükler arasındaki mesafe

\(\varepsilon_0 = 8,85*10^(-12)\)- Elektrik sabiti

\(\varepsilon \) - Ortamın dielektrik sabiti

\(k = 9*10^9 \) - Coulomb yasasındaki orantı katsayısı

Etkileşim kuvvetleri Newton'un üçüncü yasasına uyar: \(\vec(F)_(12)=\vec(F)_(21) \). Bunlar aynı yük işaretlerine sahip itici kuvvetler ve farklı işaretlere sahip çekici kuvvetlerdir.

Elektrik yükü genellikle q veya Q harfleriyle gösterilir.

Bilinen tüm deneysel gerçeklerin toplamı, aşağıdaki sonuçları çıkarmamızı sağlar:

Geleneksel olarak pozitif ve negatif olarak adlandırılan iki tür elektrik yükü vardır.

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 aynı zamanda elektromanyetik kuvvetler ile yerçekimsel kuvvetler arasındaki temel farkı da ortaya koymaktadır. Yerçekimi kuvvetleri her zaman çekici kuvvetlerdir.

Sabit elektrik yüklerinin etkileşimine elektrostatik veya Coulomb etkileşimi denir. Coulomb etkileşimini inceleyen elektrodinamik dalına elektrostatik denir.

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

Coulomb yasasının karşılanması için 3 koşulun gerekli olduğunu unutmayın:

• Ücretlerin doğruluğu- yani yüklü cisimler arasındaki mesafe, boyutlarından çok daha fazladır.
• Yüklerin 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.
• Yüklerin boşlukta etkileşimi.

Uluslararası SI sisteminde yük birimi coulomb'dur (C).

Coulomb, bir iletkenin kesitinden 1 A akımda 1 saniyede geçen yüktür. SI akım birimi (Amper), uzunluk, zaman ve kütle birimleriyle birlikte temel ölçüm birimidir.

Örnek 1

Görev

Yüklü bir top, tamamen aynı yüksüz topla temas ettiriliyor. \(r = 15\) cm uzaklıkta olan toplar \(F = 1\) mN'lik bir kuvvetle itiliyor. Yüklenen topun ilk yükü neydi?

Çözüm

Temas halinde yük tam olarak ikiye bölünecektir (toplar aynıdır). Bu etkileşim kuvvetine dayanarak, temas sonrasında topların yüklerini belirleyebiliriz (tüm miktarların SI birimlerinde sunulması gerektiğini unutmayalım - \( F = 10^(-3) \) N, \( r = 0,15\) m):

\(F = \dfrac(k\cdot q^2)(r^2) , q^2 = \dfrac(F\cdot r^2)(k) \)

\(k=\dfrac(1)(4\cdot \pi \cdot \varepsilon _0) = 9\cdot 10^9 \)

\(q=\sqrt(\dfrac(f\cdot r^2)(k) ) = \sqrt(\dfrac(10^(-3)\cdot (0,15)^2 )(9\cdot 10^9) ) = 5\cdot 10^8\)

Daha sonra, temastan önce yüklenen topun yükü iki kat daha büyüktü: \(q_1=2\cdot 5\cdot 10^(-8)=10^(-7)\)

Cevap

\(q_1=10^(-7)=10\cdot 10^(-6) \) C veya 10 µC.

Örnek 2

Görev

Her biri 0,1 g ağırlığında iki özdeş küçük top, iletken olmayan uzunluktaki ipliklere asılıyor \(\displaystyle(\ell = 1\,(\text(m)))) \) bir noktaya kadar. Toplara aynı yükler \(\displaystyle(q)\) verildikten sonra belli bir mesafeye ayrıldılar \(\displaystyle(r=9\,(\text(cm)))) \). Havanın dielektrik sabiti \(\displaystyle(\varepsilon=1)\). Topların yüklerini belirleyiniz.

Veri

\(\displaystyle(m=0,1\,(\text(g))=10^(-4)\,(\text(kg))) \)

\(\displaystyle(\ell=1\,(\text(m)))) \)

\(\displaystyle(r=9\,(\text(cm))=9\cdot 10^(-2)\,(\text(m))) \)

\(\displaystyle(\varepsilon = 1)\)

\(\displaystyle(q) - ? \)

Çözüm

Toplar aynı olduğundan, her topa aynı kuvvetler etki eder: yerçekimi kuvveti \(\displaystyle(m \vec g) \), iplikteki gerilim kuvveti \(\displaystyle(\vec T) \) ve Coulomb etkileşiminin kuvveti (itme) \( \displaystyle(\vec F)\). Şekilde toplardan birine etki eden kuvvetler gösterilmektedir. Top dengede olduğundan, ona etki eden tüm kuvvetlerin toplamı 0'dır. Ayrıca \(\displaystyle(OX)\) ve \(\displaystyle(OY)\ eksenindeki kuvvetlerin izdüşümü toplamı da 0'dır. ) 0'dır:

\(\begin(denklem) ((\mbox(eksene )) (OX) : \atop ( \mbox(eksene )) (OY) : )\quad \left\(\begin(array)(ll) F-T \sin(\alpha) & =0 \\ T\cos(\alpha)-mg & =0 \end(array)\right \quad(\text(or))\quad \left\(\begin(array) )(ll) T\sin(\alpha) & =F \\ T\cos(\alpha) & = mg \end(dizi)\right \end(denklem) \)

Bu denklemleri birlikte çözelim. İlk eşitlik terimini terime göre ikinciye bölerek şunu elde ederiz:

\(\begin(denklem) (\mbox(tg)\,)= (F\over mg)\,. \end(denklem) \)

\(\displaystyle(\alpha)\) açısı küçük olduğundan, o zaman

\(\begin(denklem) (\mbox(tg)\,)\approx\sin(\alpha)=(r\over 2\ell)\,. \end(denklem) \)

O zaman ifade şu şekli alacaktır:

\(\begin(denklem) (r\over 2\ell)=(F\over mg)\,. \end(denklem) \)

Coulomb yasasına göre kuvvet \(\displaystyle(F) \)şuna eşittir: \(\displaystyle(F=k(q^2\over\varepsilon r^2)) \). \(\displaystyle(F) \) değerini ifade (52)'ye koyalım:

\(\begin(denklem) (r\over 2\ell)=(kq^2\over\varepsilon r^2 mg)\, \end(denklem) \)

gerekli ücreti genel olarak ifade ettiğimiz yerden:

\(\begin(denklem) q=r\sqrt(r\varepsilon mg\over 2k\ell)\,. \end(denklem) \)

Sayısal değerleri değiştirdikten sonra şunu elde ederiz:

\(\begin(denklem) q= 9\cdot 10^(-2)\sqrt(9\cdot 10^(-2)\cdot 1 \cdot 10^(-4)\cdot 9.8\over 2\ cdot 9 \cdot 10^9\cdot 1)\, ((\text(Cl)))=6.36\cdot 10^(-9)\, ((\text(Cl)))\end(denklem ) \)

Hesaplama formülünün boyutunu kendiniz kontrol etmeniz önerilir.

Cevap: \(\displaystyle(q=6,36\cdot 10^(-9)\,(\text(Kl))\,.) \)

Cevap

\(\displaystyle(q=6,36\cdot 10^(-9)\,(\text(Kl))\,.) \)

Örnek 3

Görev

Bir nokta yükünü \(\displaystyle(q=6\,(\text(nC))) \) sonsuzdan \(\displaystyle(\ell = 10\) uzaklıkta bulunan bir noktaya aktarmak için ne kadar iş yapılması gerekir? ,(\ text(cm))) \) potansiyeli \(\displaystyle(\varphi_(\text(w))=200\,(\text(V))) olan metal bir topun yüzeyinden \) ve yarıçap \(\displaystyle (R = 2\,(\text(cm))))\)? Top havada (count \(\displaystyle(\varepsilon=1) \)).

Veri

\(\displaystyle(q=6\,(\text(nKl))=6\cdot 10^(-9)\,(\text(Kl))) \)\(\displaystyle(\ell=10\, (\text(cm))) \)\(\displaystyle(\varphi_(\text(w))=200\,(\text(H))) \)\(\displaystyle(R=2\,(\ text(cm)))) \) \(\displaystyle(\varepsilon = 1) \) \(\displaystyle(A) \) - ?

Çözüm

Bir yükü potansiyel \(\displaystyle(\varphi_1)\) olan bir noktadan potansiyel \(\displaystyle(\varphi_2)\) olan bir noktaya aktarmak için yapılması gereken iş, bir yükün potansiyel enerjisindeki değişime eşittir. zıt işaretle alınan puan yükü:

\(\begin(denklem) A=-\Delta W_n\,.\end(denklem) \)

\(\displaystyle(A=-q(\varphi_2-\varphi_1)) ) \) veya olduğu biliniyor

\(\begin(denklem) A=q(\varphi_1-\varphi_2) \,.\end(denklem) \)

Nokta yükü başlangıçta sonsuzda olduğundan, alanın bu noktasındaki potansiyel 0: \(\displaystyle(\varphi_1=0)\) .

Uç noktadaki potansiyeli tanımlayalım, yani \(\displaystyle(\varphi_2)\) .

\(\displaystyle(Q_(\text(w)))) \) topun yükü olsun. Problemin koşullarına göre, topun potansiyeli biliniyor (\(\displaystyle(\varphi_(\text(w))=200\,(\text(V))))\)) o zaman:

\(\begin(equation) \varphi_(\text(w))=(Q_(\text(w))\over 4\pi\varepsilon_o\varepsilon R)\, \end(denklem) \)

\(\begin(denklem) (\text(from))\quad Q_(\text(w))=\varphi_(\text(w))\cdot 4\pi\varepsilon_o\varepsilon R\,.\end( denklem)\)

Aşağıdakiler dikkate alınarak uç noktadaki alan potansiyelinin değeri:

\(\begin(denklem) \varphi_2=(Q_(\text(w))\over 4\pi\varepsilon_o\varepsilon(R+\ell) )= (\varphi_(\text(w))R\over (R+ \ell) )\,\end(denklem) \)

\(\displaystyle(\varphi_1) \) ve \(\displaystyle(\varphi_2) \) değerlerini ifadenin yerine koyalım, ardından gerekli işi elde edelim:

\(\begin(equation) A=-q(\varphi_(\text(w))R\over (R+\ell) )\,.\end(denklem) \)

Hesaplamalar sonucunda şunu elde ederiz: \(\displaystyle(A=-2\cdot 10^(-7)\,(\text(J))) \) .

Bu durumda komşu yükler arasındaki etkileşim kuvvetinin modülü şuna eşittir:

\(F = \dfrac(k\cdot q^2)(l^(2)_(1)) =\Delta l\cdot k_(pr) \)

Ayrıca kordonun uzaması şuna eşittir: \(\Delta l = l\).

Yükün büyüklüğü nereden geliyor:

\(q=\sqrt(\frac(4\cdot l^3\cdot k_(pr))(k)) ) \)

Cevap

\(q=2\cdot l\cdot \sqrt(\frac(l\cdot k_(pr))(k)) ) \)

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

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

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 doğru yönlendirilmiş 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, klasik mekanikte olduğu gibi kuvvet kavramı kullanılarak değil, Coulomb etkileşiminin potansiyel enerjisi kavramı kullanılarak formüle edilir. 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:

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

Burada M- elektron kütlesi, e yükü, yarıçap vektörünün mutlak değeridir J elektron, . Birinci terim elektronların kinetik enerjisini, ikinci terim elektronların çekirdekle Coulomb etkileşiminin potansiyel enerjisini, üçüncü terim ise elektronların karşılıklı itilmesinin potansiyel Coulomb enerjisini ifade eder. 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 fotonlarının alışverişine izin verir ve büyük mesafelerde yalnızca uzun dalga fotonları alışverişe 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, Basel'deki D. Bernoulli'nin kendi tasarladığı bir elektrometreyi kullanarak ikinci dereceden yasayı oluşturduğuna dair kısa bir mesaj ortaya çıktı. 1767'de Priestley, History of Electricity (Elektrik Tarihi) adlı eserinde, Franklin'in yüklü bir metal topun içinde elektrik alanının olmadığını keşfetme deneyinin 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 G. Cavendish tarafından deneysel olarak keşfedildi, ancak sonuç yayınlanmadı ve uzun süre (100 yıldan fazla) bilinmiyordu. Cavendish'in el yazmaları D. C. Maxwell'e ancak 1874'te Cavendish Laboratuvarı'nın açılışında Cavendish'in soyundan gelen biri tarafından sunuldu 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, elektron kütlesi Planck sabitidir ve ışık hızıdır, ≈3,86·10−13 m), kuantum elektrodinamiğinin doğrusal olmayan etkileri önemli hale gelir: değişim sanal elektron-pozitron (ve aynı zamanda 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, ince yapı sabiti ve . W bozonunun kütlesinin olduğu ~ 10−18 m civarındaki mesafelerde elektrozayıf etkiler devreye girmektedir.

Vakum bozulma alanının gözle görülür bir kısmını oluşturan güçlü dış elektromanyetik alanlarda (~1018 V/m veya ~109 Tesla düzeyinde, bu tür alanlar örneğin bazı nötron yıldız türlerinin, yani magnetarların yakınında), Coulomb's gözlemlenir. yasa aynı zamanda Delbrück'ün dış alan fotonları üzerindeki değişim fotonları saçılımı ve diğer daha karmaşık doğrusal olmayan etkiler nedeniyle de ihlal edilmektedir. Bu olay Coulomb kuvvetini yalnızca mikro ölçekte değil aynı zamanda makro ölçekte de azaltır; 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:

- sözde ince yapı sabiti ≈7,3·10−3;

- sözde klasik elektron yarıçapı ≈2,8·10−13 cm.

Juhling etkisi

Bir boşluktaki nokta yüklerin elektrostatik potansiyelinin Coulomb yasasının değerinden sapması olgusu 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

170" yüke sahip süper ağır çekirdeklerin yakınındaki güçlü bir elektromanyetik alanda, vakumun yeniden yapılandırılması, benzer şekilde meydana gelir. geleneksel faz geçişi Bu Coulomb yasasında düzeltmelere yol açar.

Coulomb yasasının bilim tarihindeki önemi

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