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:

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;
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;
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.

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 Kuru sürtünme yasası için bkz. Amonton-Coulomb Yasası Manyetostatik Elektrodinamik Elektrik devresi Kovaryant formülasyonu Ünlü bilim adamları

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.

Yasanın doğru olabilmesi için aşağıdakilerin gerekli olduğuna dikkat etmek önemlidir:

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;
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;
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:

Katsayı k

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

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

Böylece nükleer yüklü bir atomun Hamilton operatörü Zşu forma sahiptir:

Kuantum elektrodinamiği açısından Coulomb yasası

Hikaye

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 yasasının doğruluk derecesi

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 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.

Coulomb yasası ve vakum polarizasyonu

T.n. ince yapı sabiti ≈7,3·10−3;

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

Juhling etkisi

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

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.
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
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
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
L. B. Okun... z Temel parçacıkların fiziğine temel giriş, M., Nauka, 1985, Kütüphane "Kvant", cilt. 45, s. “Sanal parçacıklar”, s. 57.
Yeni İletişim Acad. Sc. Göstr. Petropolitanae, v. IV, 1758, s. 301.
Epinus F.T.U. Elektrik ve manyetizma teorisi. - L.: SSCB Bilimler Akademisi, 1951. - 564 s. - (Bilim klasikleri). - 3000 kopya.
Abel Soçin (1760) Acta Helvetica, cilt. 4, sayfa 224-225.
J. Priestley. Özgün deneylerle Elektriğin Tarihçesi ve Bugünkü Durumu. Londra, 1767, s. 732.
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.
S. R. Filonovich “Cavendish, Coulomb ve Elektrostatik”, M., “Bilgi”, 1988, BBK 22.33 F53, bölüm. "Hukukun Kaderi", s. 48
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;
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;
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);
W. E. Lamb, R. C. Retherford Hidrojen Atomunun Mikrodalga Yöntemiyle İnce Yapısı (İngilizce) // Fiziksel İnceleme. - T. 72. - No. 3. - S. 241-243.
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;
CODATA (Bilim ve Teknoloji Verileri Komitesi)
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
Neda Sadooghi Güçlü bir manyetik alanda QED'nin değiştirilmiş Coulomb potansiyeli (İngilizce).
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;
“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;
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;
Uehling E.A., Phys. Rev., 48, 55, (1935)
“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
A. B. Migdal “Güçlü alanlarda vakum polarizasyonu ve pion yoğunlaşması”, “Fiziksel Bilimlerdeki Gelişmeler”, v. 123, v. 3, 1977, Kasım, s. 369-403;
Spiridonov O.P. “Evrensel fiziksel sabitler”, M., “Aydınlanma”, 1984, s. 52-53;

Edebiyat

Filonovich S. R. Klasik hukukun kaderi. - M., Nauka, 1990. - 240 s., ISBN 5-02-014087-2 (Kvant Kütüphanesi, sayı 79), ref. 70500 kopya

Kategoriler:

Fiziksel yasalar
Elektrostatik

Coulomb yasası

Coulomb Burulma Terezi

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

Bir vakumdaki iki noktalı hareketsiz yük q1 ve q2'nin elektrostatik etkileşim kuvveti F 12, yüklerin mutlak değerinin eklenmesiyle doğru orantılıdır ve aralarındaki r 12 mesafesinin karesi ile orantılıdır. F 12 = k ⋅ q 1 ⋅ q 2 r 12 2 (\displaystyle F_(12)=k\cdot (\frac (q_(1)\cdot q_(2))(r_(12)^(2))) ),

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:

Yüklü cisimler arasındaki yüklerin doğruluğu, cismin boyutuna bağlı olarak çok daha fazla olabilir.
Kırılmaz suçlamalar. Uzun süren bir olayda, çökmekte olan yüke bir manyetik alan eklemek gerekir.
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 pek çok 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 deneyler, Coulomb yasasının test edilmesiyle takip edilebilir. 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 I. 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

A B Coulomb yasası kuru yüklere yakından uygulanabilir çünkü akışkanlıkları ışıktan çok daha düşüktür.
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.
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 (elektrik yüklerinin zıt kutupları ile) veya itilmeye (tek kutuplu yükler durumunda) başladı. Sonuç olarak iplikler, elektrostatik çekme veya itme kuvvetlerinin yerçekimi kuvvetleriyle dengelendiği yeterince büyük bir açıyla 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 her türlü nedeni var. Modern kuantum alan teorisine göre, hem elektrik hem de yerçekimsel alanlar, fiziksel cisimlerin birbirleriyle, dinlenme kütlesinden (sırasıyla fotonlar veya gravitonlar) yoksun temel enerji taşıyan parçacıklar alışverişi yaptığında 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, daha önce elde edilen sonuçları özümseyerek, masaüstü fiziksel deneylere dayanarak çıkarılan basit sonuçlarla başlayarak, 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

D. Giancoli'nin materyallerine dayanan yayınlar. "İki ciltte Fizik" 1984 Cilt 2.

Elektrik yükleri arasında bir kuvvet vardır. Bu, suçlamaların büyüklüğüne ve diğer faktörlere nasıl bağlıdır?
Bu soru 1780'lerde Fransız fizikçi Charles Coulomb (1736-1806) tarafından araştırıldı. Yerçekimi sabitini belirlemek için Cavendish'in kullandığına çok benzer burulma dengeleri kullandı.
Bir ipliğe asılan çubuğun ucundaki topa bir yük uygulandığında, çubuk hafifçe sapar, iplik bükülür ve ipliğin dönme açısı, yükler arasında etki eden kuvvetle orantılı olacaktır (burulma dengesi). ). Bu cihazı kullanarak Coulomb, kuvvetin yüklerin boyutuna ve aralarındaki mesafeye bağımlılığını belirledi.

O zamanlar yük miktarını doğru bir şekilde belirleyecek aletler yoktu ancak Coulomb, bilinen yük oranına sahip küçük toplar hazırlayabildi. Eğer yüklü bir iletken top tam olarak aynı yüksüz topla temas ettirilirse, simetri nedeniyle ilk topta mevcut olan yük iki top arasında eşit olarak dağıtılacaktır.
Bu ona 1/2, 1/4 vb. yükleri alma yeteneği verdi. orijinal olanından.
Yüklerin indüklenmesiyle ilgili bazı zorluklara rağmen Coulomb, yüklü bir cismin başka bir küçük yüklü cisme uyguladığı kuvvetin, her birinin elektrik yüküyle doğru orantılı olduğunu kanıtlamayı başardı.
Başka bir deyişle, bu cisimlerden herhangi birinin yükü iki katına çıkarsa kuvvet de iki katına çıkacaktır; Her iki cismin yükleri aynı anda iki katına çıkarsa kuvvet dört kat artacaktır. Bu, cisimler arasındaki mesafenin sabit kalması koşuluyla doğrudur.
Coulomb, cisimler arasındaki mesafeyi değiştirerek, aralarında etkili olan kuvvetin mesafenin karesiyle ters orantılı olduğunu keşfetti: mesafe örneğin iki katına çıkarsa kuvvet dört kat daha az olur.

Dolayısıyla Coulomb, yüklü küçük bir cismin (ideal olarak nokta yükü, yani uzamsal boyutları olmayan maddi nokta benzeri bir cisim) başka bir yüklü cisme uyguladığı kuvvetin, yüklerinin çarpımı ile orantılı olduğu sonucuna vardı. Q 1 ve Q 2 ve aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır:

Burada k- orantılılık katsayısı.
Bu ilişki Coulomb yasası olarak bilinir; geçerliliği, Coulomb'un orijinal deneylerinden çok daha doğru olan, tekrarlanması zor olan dikkatli deneylerle doğrulanmıştır. Üs 2 şu anda 10-16 doğrulukla oluşturulmuştur, yani. 2 ± 2×10 -16'ya eşittir.

Şimdi yeni bir büyüklükle (elektrik yükü) uğraştığımız için, formüldeki k sabitinin bire eşit olmasını sağlayacak bir ölçü birimi seçebiliriz. Aslında böyle bir birim sistemi yakın zamana kadar fizikte yaygın olarak kullanılıyordu.

Elektrostatik yük ünitesi SGSE'yi kullanan CGS sisteminden (santimetre-gram-saniye) bahsediyoruz. Tanım gereği, her biri 1 SGSE yüküne sahip, birbirinden 1 cm uzaklıkta bulunan iki küçük cisim, 1 dinlik bir kuvvetle etkileşir.

Ancak artık yük çoğunlukla SI sisteminde ifade edilir ve birimi coulomb (C)'dur.
Coulomb'un elektrik akımı ve manyetik alan açısından tam tanımını daha sonra vereceğiz.
SI sisteminde sabit k büyüklüğü var k= 8,988×10 9 Nm2 / Cl2.

Sıradan nesnelerin (tarak, plastik cetvel vb.) sürtünmesi nedeniyle elektrifikasyon sırasında ortaya çıkan yükler, bir mikrokulomb veya daha az büyüklük sırasına göredir (1 µC = 10-6 C).
Elektron yükü (negatif) yaklaşık olarak 1,602×10-19 C'dir. Bu bilinen en küçük yüktür; temel bir anlamı vardır ve sembolüyle temsil edilir e genellikle temel yük olarak adlandırılır.
e= (1,6021892 ± 0,0000046)×10 -19 C veya e≈ 1,602×10 -19 Cl.

Bir cisim bir elektronun kesrini bile kazanamayacağından veya kaybedemeyeceğinden, cismin toplam yükünün temel yükün tam katı olması gerekir. Yükün nicelleştirildiğini (yani yalnızca ayrık değerler alabileceğini) söylüyorlar. Ancak elektron yükü nedeniyle eçok küçüktür, genellikle makroskobik yüklerin farklılığını fark etmeyiz (1 µC'lik bir yük yaklaşık 10 13 elektrona karşılık gelir) ve yükün sürekli olduğunu düşünürüz.

Coulomb formülü, bir yükün diğerine etki ettiği kuvveti karakterize eder. Bu kuvvet, yükleri birleştiren çizgi boyunca yönlendirilir. Yüklerin işaretleri aynı ise yüklere etki eden kuvvetler zıt yönlerdedir. Yüklerin işaretleri farklıysa, yüklere etki eden kuvvetler birbirine doğru yönlendirilir.
Newton'un üçüncü yasasına göre, bir yükün diğerine etki ettiği kuvvetin büyüklüğü, ikinci yükün birinciye etki ettiği kuvvete eşit ve zıt yöndedir.
Coulomb yasası, Newton'un evrensel çekim yasasına benzer şekilde vektör biçiminde yazılabilir:

Nerede F 12 - yüke etki eden kuvvet vektörü Q 1 şarj tarafı Q 2,
- yükler arasındaki mesafe,
- yönlendirilmiş birim vektör Q 2 bin Q 1.
Formülün yalnızca aralarındaki mesafenin kendi boyutlarından önemli ölçüde daha büyük olduğu cisimler için geçerli olduğu unutulmamalıdır. İdeal olarak bunlar puan ücretleridir. Sonlu büyüklükteki cisimler için mesafenin nasıl hesaplanacağı her zaman açık değildir. Rözellikle yük dağılımı eşit olmayabileceği için aralarında. Her iki cisim de düzgün yük dağılımına sahip kürelerse, o zaman R kürelerin merkezleri arasındaki mesafe anlamına gelir. ε 0 Formülün, belirli bir yüke tek bir yükten etki eden kuvveti belirlediğini anlamak da önemlidir. k Sistem birkaç (veya daha fazla) yüklü cisim içeriyorsa, belirli bir yüke etki eden sonuçta ortaya çıkan kuvvet, kalan yüklere etki eden kuvvetlerin bileşkesi (vektör toplamı) olacaktır. Coulomb Yasası formülündeki k sabiti genellikle başka bir sabit cinsinden ifade edilir: ile ilgili olan sözde elektrik sabiti 1oran k =

/(4πε 0)

. Bunu dikkate alarak Coulomb yasası şu şekilde yeniden yazılabilir:

bugün en yüksek doğrulukla nerede ε 0 veya yuvarlak Elektromanyetik teorinin diğer denklemlerinin çoğunun yazılması basitleştirilmiştir., Çünkü

4π nihai sonuç genellikle kısaltılır. Bu nedenle aşağıdakileri varsayarak genel olarak Coulomb Yasasını kullanacağız:.

Coulomb yasası, hareketsiz durumdaki iki yük arasında etki eden kuvveti tanımlar. Yükler hareket ettiğinde, aralarında daha sonraki bölümlerde tartışacağımız ek kuvvetler oluşur. Burada yalnızca dinlenme halindeki yükler dikkate alınır; Elektrik çalışmasının bu bölümüne denir

Elektrik alanı, elektrik yüklü cisimlerin veya parçacıkların çevresinde bulunan veya manyetik alan değiştiğinde ortaya çıkan bir vektör alanı olan elektromanyetik alanın iki bileşeninden biridir.

Yorum ve önerileriniz kabul edilir ve memnuniyetle karşılanır!

Elektrik konsepti. Elektrifikasyon. İletkenler, yarı iletkenler ve dielektrikler. Elementer yük ve özellikleri. Coulomb yasası. Elektrik alan kuvveti. Süperpozisyon ilkesi. Etkileşimin tezahürleri olarak elektrik alanı. Temel bir dipolün elektrik alanı.

Elektrik terimi Yunanca elektron (amber) kelimesinden gelir.

Elektrifikasyon, elektrik enerjisinin vücuda iletilmesi işlemidir.

şarj. Bu terim 16. yüzyılda İngiliz bilim adamı ve hekim Gilbert tarafından tanıtıldı.

ELEKTRİK YÜKÜ, CİSİMLERİN VEYA PARÇACIKLARIN GİRECEK ÖZELLİKLERİNİ VE ELEKTROMANYETİK ETKİLEŞİMLERİ VE BU ETKİLEŞİMLERİN GÜCÜNÜ VE ENERJİSİNİ BELİRLEYEN FİZİKSEL SKALER BİR MİKTARDIR.

Elektrik yüklerinin özellikleri:

1. Doğada iki tür elektrik yükü vardır. Pozitif (deriye sürtünen cam üzerinde meydana gelir) ve negatif (kürk üzerine sürtünen ebonit üzerinde meydana gelir).

2. Benzer yükler iter, farklı yükler çeker.

3. YÜK TAŞIYICI PARÇACIKLAR (elektron, proton, pozitron vb.) OLMADAN elektrik yükü MEVCUT DEĞİLDİR. Örneğin, bir elektrondan ve diğer temel yüklü parçacıklardan bir elektrik yükü uzaklaştırılamaz.

4. Elektrik yükü ayrıktır, yani. herhangi bir cismin yükü tam sayının katıdır temel elektrik yükü e(e = 1.6 10-19C). Elektron (örn.= 9,11 10 -31 kg) ve proton (t p = 1,67 10 -27 kg) sırasıyla temel negatif ve pozitif yüklerin taşıyıcılarıdır (Kesirli elektrik yüküne sahip parçacıklar bilinmektedir: – 1/3 e ve 2/3 e – Bu kuarklar ve antikuarklar , ancak özgür bir durumda bulunamadılar).

5. Elektrik yükü - büyüklüğü göreceli olarak değişmez , onlar. referans çerçevesine bağlı değildir; bu, bu yükün hareket halinde mi yoksa hareketsiz mi olduğuna bağlı olmadığı anlamına gelir.

6. Deneysel verilerin genelleştirilmesinden yola çıkılarak şu tespit yapılmıştır: doğanın temel kanunu - yük korunumu yasası: cebirsel toplam

Herhangi bir kapalı sistemin elektrik yüklerinin MA'sı(dış organlarla yük alışverişi yapmayan bir sistem) Bu sistem içerisinde hangi süreçler meydana gelirse gelsin değişmeden kalır.

Yasa 1843'te bir İngiliz fizikçi tarafından deneysel olarak doğrulandı.

M. Faraday ( 1791-1867) ve diğerleri, parçacıkların ve antiparçacıkların doğuşu ve yok olmasıyla doğrulandı.

Elektrik yükü birimi (akım birimi aracılığıyla belirlendiği için türetilmiş birim) - kolye (C): 1 C - elektrik yükü,

1 saniye boyunca 1 A akım gücünde bir iletkenin kesitinden geçen.

Doğadaki tüm cisimler elektriklenme yeteneğine sahiptir; bir elektrik yükü elde eder. Gövdelerin elektrifikasyonu çeşitli yollarla gerçekleştirilebilir: temas (sürtünme), elektrostatik indüksiyon

vb. Herhangi bir yükleme işlemi, gövdelerden birinde (veya vücudun bir kısmında) fazla pozitif yükün göründüğü ve diğerinde (veya vücudun başka bir kısmında) fazla miktarda negatif yükün göründüğü yüklerin ayrılmasına iner. vücut). Bedenlerde bulunan her iki işaretin toplam yük sayısı değişmez: bu yükler yalnızca bedenler arasında yeniden dağıtılır.

Cisimlerin elektrifikasyonu mümkündür çünkü cisimler yüklü parçacıklardan oluşur. Vücutların elektrifikasyonu sürecinde serbest durumdaki elektronlar ve iyonlar hareket edebilir. Protonlar çekirdekte kalır.

Serbest yüklerin konsantrasyonuna bağlı olarak cisimler aşağıdakilere ayrılır: iletkenler, dielektrikler ve yarı iletkenler.

İletkenler- elektrik yükünün tüm hacmi boyunca karışabileceği gövdeler. İletkenler iki gruba ayrılır:

1) birinci türden iletkenler (metaller) - transfer

yüklerine (serbest elektronlara) kimyasal maddeler eşlik etmez

dönüşümler;

2) ikinci tür iletkenler (örneğin erimiş tuzlar, ra-

asit çözeltileri) - yüklerin (pozitif ve negatif) bunlara aktarılması

iyonlar) kimyasal değişikliklere yol açar.

Dielektrikler(örneğin cam, plastik) - pratikte hiçbir ücretsiz masrafın bulunmadığı gövdeler.

Yarı iletkenler (örneğin germanyum, silikon) işgal eder

iletkenler ve dielektrikler arasındaki ara konum. Bu cisimlerin bölünmesi çok şartlıdır, ancak içlerindeki serbest yüklerin konsantrasyonlarındaki büyük fark, davranışlarında büyük niteliksel farklılıklara neden olur ve bu nedenle cisimlerin iletkenlere, dielektriklere ve yarı iletkenlere bölünmesini haklı çıkarır.

ELEKTROSTATİK- sabit yüklerin bilimi

Coulomb yasası.

Etkileşim kanunu sabit nokta elektrik ücretleri

1785 yılında Sh Coulomb tarafından burulma dengeleri kullanılarak deneysel olarak kuruldu.

G. Cavendish'in yerçekimi sabitini belirlemek için kullandıklarına benzer (bu yasa daha önce G. Cavendish tarafından keşfedilmişti, ancak çalışması 100 yıldan fazla bir süredir bilinmiyordu).

Puan ücreti, boyutları onlara olan mesafeye göre ihmal edilebilecek yüklü bir cisim veya parçacık olarak adlandırılır.

Coulomb yasası: iki sabit nokta yük arasındaki etkileşimin kuvveti boşlukta masraflarla orantılı q 1 Ve q2, ve aralarındaki r mesafesinin karesiyle ters orantılıdır :

k - sistem seçimine bağlı orantı faktörü

SI'da

Büyüklük ε 0 isminde elektriksel sabit; kastediyor

sayı temel fiziksel sabitler ve şuna eşittir:

ε 0 = 8,85 ∙10 -12 Cl2 /N∙m2

Vektör formunda, boşluktaki Coulomb yasası şu şekildedir:

ikinci yükü birinciye bağlayan yarıçap vektörü nerede, F 12 ikinci yükten birinciye etki eden kuvvettir.

Coulomb yasasının büyük mesafelerde doğruluğu

10 7 m, uydular kullanılarak manyetik alanın incelenmesi sırasında kuruldu

Dünya'ya yakın uzayda. Kısa mesafelerde uygulamasının doğruluğu 10 -17 m, temel parçacıkların etkileşimi üzerine yapılan deneylerle doğrulandı.

Coulomb'un çevre yasası

Tüm ortamlarda Coulomb etkileşiminin kuvveti, boşluk veya havadaki etkileşim kuvvetiyle karşılaştırıldığında daha azdır. Bir vakumdaki elektrostatik etkileşim kuvvetinin belirli bir ortamdakinden kaç kat daha büyük olduğunu gösteren fiziksel bir niceliğe ortamın dielektrik sabiti denir ve harfle gösterilir. ε.

ε = Vakumda F / Ortamda F

SI'da genel haliyle Coulomb yasası:

Coulomb kuvvetlerinin özellikleri.

1. Coulomb kuvvetleri merkezi tipte kuvvetlerdir, çünkü yükleri birleştiren düz çizgi boyunca yönlendirilir

Coulomb kuvveti, yüklerin işaretleri farklıysa çekici bir kuvvet, yüklerin işaretleri aynı ise itici bir kuvvettir.

3. Coulomb kuvvetleri için Newton'un 3. yasası geçerlidir

4. Coulomb kuvvetleri bağımsızlık veya süperpozisyon ilkesine uyar çünkü İki nokta yükü arasındaki etkileşim kuvveti, yakınlarda başka yükler göründüğünde değişmeyecektir. Belirli bir yüke etki eden elektrostatik etkileşimin ortaya çıkan kuvveti, belirli bir yükün sistemin her bir yükü ile ayrı ayrı etkileşim kuvvetlerinin vektör toplamına eşittir.

F= F 12 +F 13 +F 14 + ∙∙∙ +F 1 N

Yükler arasındaki etkileşimler bir elektrik alanı aracılığıyla gerçekleştirilir. Elektrik alanı, elektrik yüklerinin etkileşiminin meydana geldiği, maddenin özel bir varoluş şeklidir. Elektrik alanı, bu alana verilen diğer herhangi bir yüke kuvvetle etki etmesiyle kendini gösterir. Elektrostatik alan, sabit elektrik yükleri tarafından yaratılır ve uzayda sonlu c hızıyla yayılır.

Elektrik alanının kuvvet karakteristiğine gerilim denir.

Gerginlikler belirli bir noktadaki elektrik, alanın belirli bir noktaya yerleştirilen pozitif bir test yüküne etki ettiği kuvvetin bu yükün modülüne oranına eşit fiziksel bir niceliktir.

Bir nokta yükünün alan kuvveti q:

Süperpozisyon ilkesi: uzayda belirli bir noktada bir yük sistemi tarafından oluşturulan elektrik alan kuvveti, bu noktada her bir yük tarafından ayrı ayrı (diğer yüklerin yokluğunda) oluşturulan elektrik alan kuvvetlerinin vektör toplamına eşittir.

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.

Yasanın doğru olabilmesi için aşağıdakilerin gerekli olduğuna dikkat etmek önemlidir:

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;

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:

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= 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.