Was ist das Coulombsche Gesetz?
Das Coulomb-Gesetz wird im Bereich der Physik verwendet, um Berechnen Sie die elektrische Kraft, die zwischen zwei ruhenden Ladungen wirkt.
Aus diesem Gesetz ist es möglich, die elektrostatische Anziehungs- oder Abstoßungskraft zwischen zwei Teilchen entsprechend ihrer elektrischen Ladung und dem Abstand zwischen ihnen vorherzusagen.
Das Coulombsche Gesetz verdankt seinen Namen dem französischen Physiker Charles-Augustin de Coulomb, der 1875 dieses Gesetz formulierte und das die Grundlage der Elektrostatik bildet:
„Die Größe jeder der elektrischen Kräfte, mit denen zwei ruhende Punktladungen wechselwirken, ist direkt proportional zum Produkt der Größe beider Ladungen und umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung, die sie trennt und die Richtung der Verbindungslinie hat sie. . Die Kraft ist abstoßend, wenn die Ladungen das gleiche Vorzeichen haben, und anziehend, wenn sie das entgegengesetzte Vorzeichen haben.
Dieses Gesetz wird wie folgt dargestellt:
- F = elektrische Anziehungs- oder Abstoßungskraft in Newton (N). Gleiche Ladungen stoßen ab und entgegengesetzte Ladungen ziehen sich an.
- k = ist das Coulomb-Konstante oder elektrische Proportionalitätskonstante. Die Kraft variiert je nach elektrischer Permittivität (ε) des Mediums, sei es unter anderem Wasser, Luft, Öl, Vakuum.
- Was = Wert der elektrischen Ladungen gemessen in Coulomb (C).
- r = Entfernung, die die Ladungen trennt und die in Metern (m) gemessen wird.
Es sollte beachtet werden, dass die elektrische Permittivität des Vakuums konstant ist und eine der am häufigsten verwendeten ist. Es wird wie folgt berechnet: ε 0 = 8.8541878176x10-12 C2 / (Nm2). Es ist äußerst wichtig, die Permittivität des Materials zu berücksichtigen.
Der Wert der Coulomb-Konstanten im Internationalen Maßsystem ist:
Dieses Gesetz berücksichtigt nur die Wechselwirkung zwischen zwei Punktladungen gleichzeitig und bestimmt nur die Kraft, die zwischen q1 und was2 ohne die Lasten in der Umgebung zu berücksichtigen.
Coulomb konnte die Eigenschaften der elektrostatischen Kraft bestimmen, indem er als Studieninstrument eine Torsionswaage entwickelte, die aus einem an einer Faser hängenden Stab mit der Fähigkeit bestand, sich zu verdrehen und in seine Ausgangsposition zurückzukehren.
Auf diese Weise konnte Coulomb die auf einen Punkt des Stabs ausgeübte Kraft messen, indem er mehrere geladene Kugeln in unterschiedlichen Abständen platzierte, um die anziehende oder abstoßende Kraft bei der Drehung des Stabes zu messen.
Elektrostatische Kraft
Elektrische Ladung ist eine Eigenschaft der Materie und ist die Ursache der mit Elektrizität verbundenen Phänomene.
Elektrostatik ist ein Teilgebiet der Physik, das die Wirkungen untersucht, die in Körpern entsprechend ihrer elektrischen Ladungen im Gleichgewicht erzeugt werden.
Die elektrische Kraft (F) ist proportional zu den zusammenkommenden Ladungen und umgekehrt proportional zum Abstand zwischen ihnen. Diese Kraft wirkt zwischen den Ladungen radial, dh eine Linie zwischen den Ladungen, also ein radialer Vektor zwischen den beiden Ladungen.
Daher erzeugen zwei Ladungen gleichen Vorzeichens eine positive Kraft, zum Beispiel: - ∙ - = + oder + ∙ + = +. Andererseits erzeugen zwei Ladungen mit entgegengesetztem Vorzeichen eine negative Kraft, zum Beispiel: - + = - oder + ∙ - = -.
Allerdings stoßen sich zwei Ladungen mit gleichem Vorzeichen ab (+ + / - -), aber zwei Ladungen mit unterschiedlichem Vorzeichen ziehen sich an (+ - / - +).
Beispiel: Wenn Sie ein Teflonband mit einem Handschuh reiben, ist der Handschuh positiv geladen und das Band ist negativ geladen, sodass sie sich bei Annäherung anziehen. Wenn wir nun einen aufgeblasenen Ballon mit unseren Haaren reiben, wird der Ballon mit negativer Energie aufgeladen und wenn er näher an das Teflonband gebracht wird, stoßen sich beide ab, da sie die gleiche Ladungsart haben.
Ebenso hängt diese Kraft von der elektrischen Ladung und dem Abstand zwischen ihnen ab, es ist ein Grundprinzip der Elektrostatik sowie ein Gesetz, das für ruhende Ladungen in einem Bezugssystem gilt.
Es ist erwähnenswert, dass bei kleinen Entfernungen die Kräfte der elektrischen Ladungen zunehmen und bei großen Entfernungen die Kräfte der elektrischen Ladungen abnehmen, dh sie nehmen ab, wenn sich die Ladungen voneinander entfernen.
Stärke der Kraft
Die Stärke der elektromagnetischen Kraft ist eine, die auf Körper einwirkt, die eine elektrische Ladung enthalten, und die zu einer physikalischen oder chemischen Umwandlung führen kann, da Körper sich anziehen oder abstoßen können.
Daher ist die auf zwei elektrische Ladungen ausgeübte Größe gleich der Konstanten des Mediums, in dem sich die elektrischen Ladungen befinden, durch den Quotienten zwischen dem Produkt jeder von ihnen und dem Abstand, der sie zum Quadrat trennt.
Die Größe der elektrostatischen Kraft ist proportional zum Produkt der Größe der Ladungen q1 weil2. Die elektrostatische Kraft im Nahbereich ist sehr stark.
Beispiele für das Coulombsche Gesetz
Nachfolgend finden Sie verschiedene Beispiele für Übungen, bei denen das Coulombsche Gesetz angewendet werden sollte.
Beispiel 1
Wir haben zwei elektrische Ladungen, eine von + 3c und eine von -2c, die durch einen Abstand von 3 m getrennt sind. Um die Kraft zwischen beiden Ladungen zu berechnen, muss die Konstante K mit dem Produkt beider Ladungen multipliziert werden. Wie im Bild zu sehen ist, wurde eine negative Kraft erhalten.
Illustriertes Beispiel für die Anwendung des Coulomb-Gesetzes:
Beispiel 2
Wir haben eine 6 x 10 Ladung-6C (q1), die 2 m von einer -4 x 10 Last entfernt ist-6C (q2). Wie groß ist die Kraft zwischen diesen beiden Ladungen?
zu. Die Koeffizienten werden multipliziert: 9 x 6 x 4 = 216.
b. Die Exponenten werden algebraisch addiert: -6 und -6 = -12. Jetzt -12 + 9 = -3.
Antwort: F = 54 x 10-3 N.
Beispiele für Übungen
1. Wir haben eine Last von 3 x 10-6C (q1) und eine weitere Last von -8 x 10-6C (q2) im Abstand von 2 m. Wie groß ist die Anziehungskraft zwischen den beiden?
Antwort: F = 54 x 10-3 N.
2. Bestimmen Sie die Kraft zwischen zwei elektrischen Ladungen 1 x 10-6C (q1) und eine weitere 2,5 x 10 Last-6C (q2), die sich in Ruhe und im Vakuum in einem Abstand von 5 cm befinden (denken Sie daran, cm nach dem Internationalen Maßsystem in m zu bringen).
Antwort: F = 9 N.
