§ 2. Suçlamaların etkileşimi. Coulomb yasası

Elektrik yükleri birbirleriyle etkileşir, yani benzer yükler birbirini iter, farklı yükler ise çeker. Elektrik yükleri arasındaki etkileşim kuvvetleri belirlenir Coulomb yasası ve yüklerin yoğunlaştığı noktaları birleştiren düz bir çizgiye yönlendirilirler.
Coulomb yasasına göre, iki nokta elektrik yükü arasındaki etkileşimin kuvveti, bu yüklerdeki elektrik miktarlarının çarpımı ile doğru orantılı, aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır ve yüklerin bulunduğu ortama bağlıdır:

Nerede F- yüklerin etkileşim kuvveti, N(Newton);
Bir Newton ≈ 102 içerir G kuvvet.
Q 1 , Q 2 - Her şarjın elektrik miktarı, İle(kolye);
Bir kolye 6,3 10 18 elektron yükü içerir.
R- yükler arasındaki mesafe, M;
ε a - ortamın (malzeme) mutlak dielektrik sabiti; bu miktar, etkileşim halindeki yüklerin bulunduğu ortamın elektriksel özelliklerini karakterize eder. Uluslararası Birim Sisteminde (SI) ε a ( f/m). Ortamın mutlak dielektrik sabiti

burada ε 0, vakumun (boşluk) mutlak dielektrik sabitine eşit bir elektrik sabitidir. 8,86 10 -12'ye eşittir f/m.
Belirli bir ortamda elektrik yüklerinin birbirleriyle vakumdan daha zayıf olarak kaç kez etkileşime girdiğini gösteren ε değerine (Tablo 1) denir. dielektrik sabiti. ε değeri, belirli bir malzemenin mutlak dielektrik sabitinin vakumun dielektrik sabitine oranıdır:

Vakum için ε = 1. Havanın dielektrik sabiti neredeyse bire yakındır.

Tablo 1

Bazı malzemelerin dielektrik sabiti

Coulomb yasasına dayanarak, büyük elektrik yüklerinin küçük olanlardan daha güçlü etkileşime girdiği sonucuna varabiliriz. Yükler arasındaki mesafe arttıkça etkileşimlerinin gücü çok daha zayıf olur. Böylece yükler arasındaki mesafenin 6 kat artmasıyla etkileşimlerinin kuvveti 36 kat azalır. Yükler arasındaki mesafe 9 kat azaldığında etkileşimlerinin kuvveti 81 kat artar. Yüklerin etkileşimi aynı zamanda yükler arasındaki malzemeye de bağlıdır.
Örnek. Elektrik yükleri arasında Q 1 = 2 10 -6 İle Ve Q 2 = 4,43 10 -6 İle 0,5 mesafede bulunur M mika yerleştirilir (ε = 6). Belirtilen yükler arasındaki etkileşim kuvvetini hesaplayın.
Çözüm . Bilinen miktarların değerlerini formülde değiştirerek şunu elde ederiz:

Eğer boşlukta elektrik yükleri bir kuvvetle etkileşime giriyorsa F c, daha sonra bu yüklerin arasına örneğin porselen yerleştirilerek etkileşimleri 6,5 kat, yani ε kat zayıflatılabilir. Bu, yükler arasındaki etkileşim kuvvetinin oran olarak tanımlanabileceği anlamına gelir.

Örnek. Aynı isimdeki elektrik yükleri boşlukta kuvvetle etkileşime girer F= 0,25 N. Aralarındaki boşluk bakalitle doluysa iki yük hangi kuvvetle birbirini itecektir? Bu malzemenin dielektrik sabiti 5'tir.
Çözüm . Elektrik yükleri arasındaki etkileşim kuvveti

Bir Newton ≈ 102 olduğundan G kuvvet, ardından 0,05 N 5.1 G.

1785 yılında Fransız fizikçi Charles Auguste 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. Doğanın başka hiçbir kanunundan kaynaklanmaz.

Yük modüllerini |q 1 | ve |q 2 | ise Coulomb yasası aşağıdaki biçimde yazılabilir:

burada k, değeri elektrik yükü birimlerinin seçimine bağlı olan bir orantı katsayısıdır. SI sisteminde N m 2 / C 2, burada ε 0, 8,85 10 -12 C 2 / N m 2'ye eşit elektrik sabitidir

Kanun beyanı:

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

Bu formülasyondaki Coulomb yasası yalnızca nokta yüklü cisimler için geçerlidir, çünkü yalnızca onlar için yükler arasındaki mesafe kavramının belirli 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 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 merkezi denir. Birinci yüke ikincinin yanından etki eden kuvveti ve ikinci yüke birincinin yanından etki eden kuvveti belirtirsek (Şekil 1), o zaman Newton'un üçüncü yasasına göre, . İkinci yükten birinciye çizilen yarıçap vektörünü gösterelim (Şekil 2), o zaman

Eğer q1 ve q2 yüklerinin işaretleri aynıysa, kuvvetin yönü vektörün yönüyle çakışır; aksi takdirde ve vektörleri zıt yönlere yönlendirilir.

Nokta yüklü cisimlerin etkileşim yasasını bilerek, herhangi bir yüklü cismin etkileşim kuvvetini hesaplayabiliriz. Bunu yapabilmek için bedenlerin zihinsel olarak her biri bir nokta sayılabilecek kadar küçük parçalara ayrılması gerekir. 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 Charles Coulomb, küçük kuvvetleri ölçmek için bilim adamının kendisi tarafından keşfedilen aşağıdaki deneysel gerçeğe dayanan bir yöntem önerdi: bir metal telin elastik deformasyonu sırasında üretilen kuvvet, dördüncü bükülme açısıyla doğru orantılıdır. telin çapının gücü ve uzunluğuyla ters orantılı:

burada d çaptır, l telin uzunluğudur, φ bükülme açısıdır. 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 ölçeği (Şekil 3, a), yaklaşık 75 cm uzunluğunda, 0,22 cm çapında gümüş bir tel 5 üzerinde asılı, 10,83 cm uzunluğunda hafif bir cam külbütörden oluşuyordu. Salıncakın bir ucunda yaldızlı bir mürver topu 8 vardı. , ve diğerinde - karşı ağırlık 6 - terebentine batırılmış bir kağıt daire. Telin üst ucu cihazın (1) kafasına tutturuldu. Ayrıca ipliğin bükülme açısının dairesel bir ölçekte (3) ölçüldüğü bir işaretçi (2) de vardı. Bu sistemin tamamı 4 ve 11 numaralı cam silindirlere yerleştirildi. Alt silindirin üst kapağında, ucunda bilye 7 bulunan bir cam çubuğun yerleştirildiği bir delik vardı. Deneylerde çapları 0,45 ile 0,68 cm arasında değişen toplar kullanıldı.

Deney başlamadan önce baş göstergesi sıfıra ayarlandı. Daha sonra top 7, önceden elektrikli olan toptan (12) yüklendi. Top (7) hareketli top (8) ile temas ettiğinde, yükün yeniden dağıtımı meydana geldi. Ancak topların çapları aynı olduğundan 7 ve 8 numaralı topların yükleri de aynıydı.

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 göre bu kuvvetin büyüklüğü değerlendirilebilir.

Toplar arasında sabit bir mesafe ile (10 derecelik bir ölçekte sabitlenmiştir), nokta gövdeleri arasındaki 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:

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:

Tarih: 04/29/2015

Newton mekaniğindeki bir cismin yerçekimsel kütlesi kavramı gibi, elektrodinamikteki yük kavramı da birincil, temel kavramdır.

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

Elektrik yükü genellikle harflerle temsil edilir Q veya Q.

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.

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

Yalıtılmış bir sistemde, tüm cisimlerin yüklerinin cebirsel toplamı sabit kalır:

Elektrik yükünün korunumu yasası, kapalı bir cisimler sisteminde yalnızca bir işaretin yükünün yaratılması veya kaybolması süreçlerinin gözlemlenemeyeceğini belirtir.

Modern bakış açısına göre yük taşıyıcıları temel parçacıklardır. Tüm sıradan cisimler, pozitif yüklü protonlar, negatif yüklü elektronlar ve nötr parçacıklar - nötronlar içeren atomlardan oluşur. Protonlar ve nötronlar atom çekirdeğinin bir parçasıdır, elektronlar atomların elektron kabuğunu oluşturur. 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. Temel parçacıkların modern fiziğinde, kuarkların - kesirli yüke sahip parçacıkların - varlığının varsayıldığına dikkat edilmelidir. 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. Sabit yüklerin etkileşimi yasası ilk olarak 1785 yılında Fransız fizikçi Charles Coulomb tarafından keşfedildi. Coulomb deneylerinde yüklü topların çekim ve itme kuvvetlerini kendi tasarladığı bir cihaz olan burulma terazisini kullanarak ölçtü (Şekil 1.1.2). son derece yüksek hassasiyetle ayırt edildi. 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:

Bunlar aynı yük işaretlerine sahip itici kuvvetler ve farklı işaretlere sahip çekici kuvvetlerdir (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. Uluslararası SI Sisteminde ücret birimi şu şekilde 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 Coulomb etkileşim kuvvetlerinin süperpozisyon ilkesine uyduğunu göstermektedir:

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. Bununla birlikte, sonlu büyüklükteki yüklü cisimlerin (örneğin, iki iletken yüklü top 1 ve 2) etkileşiminden bahsederken kullanımı biraz dikkatli olmayı gerektirir. 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).

Hava ve su gibi farklı ortamlarda, iki nokta yükü farklı güçlerle 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.

İlginç bir şekilde, çeşitli fizik yasalarının bazı ortak özellikleri vardır. 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. Yerçekimi ve elektriğin genel doğasını belirlemeye çalışırken, 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 şeyleri alırsak (onun bizim inçlerimizle, yıllarımızla, bizim ölçümlerimizle hiçbir ilgisi olmayan kendi sayıları ve ölçümleri), o zaman karşılaştırma yapabileceğiz. 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 elektrik kuvvetine oranı nedir? 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 büyük sayıyı denerler ve eğer büyük bir sayıya ihtiyacınız varsa, neden örneğin Evrenin çapının bir protonun çapına oranını almıyorsunuz - şaşırtıcı bir şekilde bu aynı zamanda 42 sıfırlı bir sayıdır. Ve şöyle diyorlar: belki bu katsayı protonun çapının Evrenin çapına oranına eşittir? Bu ilginç bir fikir ama Evren yavaş yavaş genişledikçe yerçekimi sabitinin de değişmesi gerekiyor. 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.

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. 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 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, 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:

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 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 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, ≈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, 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:

T.n. ince yapı sabiti ≈7,3·10−3;

T.n. 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

Yüklü süper ağır çekirdeklerin yakınındaki güçlü bir elektromanyetik alanda, geleneksel faz geçişine benzer şekilde vakumun yeniden yapılandırılması meydana gelir. Bu, Coulomb yasasında değişikliklere 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.

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 “Yüksek hızlarda elektronlar”, paragraf “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”, s. 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. Özgün deneylerle Elektriğin Tarihçesi ve Bugünkü Durumu. Londra, 1767, s. 732.
10. John Robinson Bir Mekanik Felsefe Sistemi(Londra, İngiltere: John Murray, 1822), cilt. 4. 68. sayfada Robison, 1769'da benzer yüke sahip küreler arasında etki eden kuvvete ilişkin ölçümlerini yayınladığını ve ayrıca Apinus, Cavendish ve Coulomb isimlerine dikkat çekerek bu alandaki araştırmaların tarihini anlattığını belirtmektedir. 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 (Tüm çalışma), bölüm. 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., ill., 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 s. 2. Negatif enerjili durumlar c. 56, bölüm. 21 Yeniden normalleştirme, paragraf 5 336'dan vakum polarizasyonu
25. A. B. Migdal “Güçlü alanlarda vakum polarizasyonu ve pion yoğunlaşması”, “Fiziksel Bilimlerdeki Gelişmeler”, v. 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. Klasik hukukun kaderi. - 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 fizik dersi. - 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 çekme veya itme kuvvetlerinin yerçekimi kuvvetleri tarafından dengelendiği yeterince büyük bir açıda dikeyden saptı. 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.

Coulomb yasasındaki iki ilginç noktaya hemen dikkat çekelim. İlk olarak, matematiksel formunda Newton'un evrensel çekim yasasını tekrarlar, eğer ikincisinde kütleleri yüklerle ve Newton sabitini Coulomb sabitiyle değiştirirsek. Ve bu benzerliğin birçok nedeni var. Modern kuantum alan teorisine göre, hem elektrik hem de yerçekimsel alanlar, fiziksel bedenler kendi aralarında dinlenme kütlesinden yoksun temel enerji taşıyan parçacıkları (sırasıyla fotonlar veya gravitonlar) değiştirdiğinde ortaya çıkar. Dolayısıyla, yerçekimi ve elektriğin doğasındaki bariz farklılığa rağmen, bu iki kuvvetin pek çok ortak noktası vardır.

İkinci önemli not Coulomb sabitiyle ilgilidir. İskoç teorik fizikçi James Clerk Maxwell, elektromanyetik alanların genel bir tanımı için Maxwell'in denklem sistemini türettiğinde, 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, modern bilimin en soyut ve evrensel teorilerinin, masaüstü fiziksel deneylere dayanarak çıkarılan basit sonuçlardan başlayarak, daha önce elde edilen sonuçları özümseyerek, yavaş yavaş nasıl geliştiğinin izi sürülebilir.
http://elementy.ru/trefil/coulomb_law
http://www.fieldphysics.ru/coulombs_law/
http://www.vnz.ru/spravki/zakon-Kulona.html