Kaip ir krūviai atbaido, ir priešingi krūviai traukia, bet kokia yra ši traukos jėga? Kaip jūs turite lygtį, kad apskaičiuotumėte gravitacijos jėgą tarp dviejų masių, taip pat yra elektrinės jėgos tarp dviejų krūvių nustatymo formulė.
SI elektrinio krūvio vienetas yra Kulonas (C), o pagrindiniai krūvio nešikliai yra protonas su įkrova+ eir elektronas su įkrova-e, kur elementarusis krūvise = 1.602× 10-19 C. Dėl to objekto krūvis kartais vaizduojamas kaip daugiklise.
Kulono įstatymas
Kulono įstatymas, pavadintas prancūzų fiziko Charleso-Augustino de Coulombo vardu, suteikia elektrinę jėgą tarp dviejų taškinių krūviųq1irq2atskyrimo atstumasrišskyrus:
F = k \ frac {q_1q_2} {r ^ 2}
Kur pastovuskyra Kulono konstanta,k = 8.99 × 109 Nm2/ C2.
SI elektrinės jėgos vienetas yra Niutonas (N), kaip ir su visomis jėgomis. Jėgos vektoriaus kryptis yra link kito krūvio (patrauklaus) priešingiems krūviams ir toliau nuo kito krūvio (atstumiančio), jei krūviai yra vienodi.
Coulombo dėsnis, kaip ir dviejų masių traukos jėga, yra
atvirkštinio kvadrato dėsnis. Tai reiškia, kad jis mažėja kaip atvirkštinis atstumo tarp dviejų krūvių kvadratas. Kitaip tariant, dvigubai tolimesni užtaisai patiria ketvirtadalį jėgos. Tačiau nors šis krūvis mažėja bėgant atstumu, jis niekada nenusileidžia nuliui ir turi begalinį diapazoną.Norėdami rasti tam tikro mokesčio jėgą dėl daugybės kitų įkrovų, naudokite Coulombo įstatymą, kad nustatytumėte jėgą mokestis dėl kiekvieno kito mokesčio atskirai, tada jūs pridėsite vektorinę jėgų sumą, kad gautumėte finalą rezultatas.
Kodėl Kulono įstatymas yra svarbus?
Statinė elektra:Kulono įstatymas yra priežastis, dėl kurios jus šokiruoja palietę durų rankeną, eidami per kilimą.
Kai patrinsite kojas per kilimą, elektronai persijungia trinties būdu ir palieka grynąjį krūvį. Visi pertekliniai mokesčiai jums atbaido vienas kitą. Kai ranka siekia durų rankenos, laidininko, tas perteklinis krūvis iššoka ir sukelia šoką!
Elektros jėga yra daug galingesnė nei gravitacija:Nors yra daug panašumų tarp elektros jėgos ir gravitacinės jėgos, elektros jėgos santykinis stiprumas yra 1036 kartų gravitacinės jėgos!
Gravitacija mums atrodo didelė tik todėl, kad žemė, prie kurios esame įstrigę, yra tokia didelė ir dauguma daiktų yra elektriškai neutralūs, vadinasi, jie turi tą patį protonų ir elektronų skaičių.
Viduje esantys atomai:Kulono dėsnis taip pat yra svarbus atominių branduolių sąveikai. Du teigiamai įkrauti branduoliai atstums vienas kitą dėl kuloninės jėgos, nebent jie būtų pakankamai arti to laimi stipri branduolinė jėga (dėl kurios protonai pritraukia, bet veikia tik labai trumpame nuotolyje) išėjo.
Štai kodėl branduoliams susilieti reikalinga didelė energija: reikia įveikti pradines atstumiančias jėgas. Elektrostatinė jėga taip pat yra priežastis, dėl kurios elektronai pirmiausia traukia atomo branduolius, todėl dauguma elementų yra elektriškai neutralūs.
Poliarizacija:Įkrautas objektas, priartėjęs prie neutralaus objekto, priverčia elektronų debesis aplink neutralaus objekto atomus persiskirstyti. Šis reiškinys vadinamaspoliarizacija.
Jei įkrautas objektas buvo neigiamai įkrautas, elektronų debesys nustumiami į tolimąją atomai, todėl teigiami atomų krūviai yra šiek tiek artimesni nei neigiami krūviai atomuose atomas. (Priešingai, jei artėja teigiamai įkrautas objektas.)
Coulombo dėsnis mums sako, kad traukos jėga tarp neigiamai įkrauto objekto ir teigiamų krūvių neutraliame objekte bus šiek tiek stipresnė už atstumiančią jėgą tarp neigiamai įkrauto objekto ir neutralaus objekto dėl santykinių atstumų tarp jų mokesčiai.
Todėl nors vienas objektas yra techniškai neutralus, vis tiek bus patrauklumas. Štai kodėl įkrautas balionas prilimpa prie neutralios sienos!
Studijų pavyzdžiai
1 pavyzdys:+2 mokestiseo mokestis -2eyra atskirti 0,5 cm atstumu. Koks yra Kulono jėga tarp jų?
Naudodamiesi Coulombo įstatymu ir būtinai konvertuodami cm į m, gausite:
F = k \ frac {q_1q_2} {r ^ 2} = (8,99 kartus 10 ^ 9) \ frac {(2 kartus 1,602 kartus10 ^ {- 19}) (- 2 kartus 1,602 kartus104 {- 19 })} {0,005 ^ 2} = -3,69 \ kartus 10 ^ {- 23} \ tekstas {N}
Neigiamas ženklas rodo, kad tai yra patraukli jėga.
2 pavyzdys:Trys krūviai sėdi lygiakraščio trikampio viršūnėse. Apačioje kairėje viršūnėje yra -4emokestis. Dešinėje apatinėje viršūnėje yra +2ekrūvį, o viršutinėje viršūnėje yra +3emokestis. Jei trikampio kraštinės yra 0,8 mm, kokia yra grynoji jėga ant +3emokestis?
Norėdami išspręsti, turite nustatyti jėgų, atsirandančių dėl kiekvieno krūvio, dydį ir kryptį atskirai, o tada naudoti vektorių papildymą, kad gautumėte galutinį rezultatą.
Jėga tarp -4eir +3emokestis:
Šios jėgos dydį nurodo:
F = k \ frac {q_1q_2} {r ^ 2} = (8,99 kartus 10 ^ 9) \ frac {(- 4 kartus 1,602 kartus10 ^ {- 19}) (3 kartus 1,602 kartus104 {- 19 })} {0,0008 ^ 2} = -4,33 \ kartus 10 ^ {- 21} \ tekstas {N}
Kadangi šie krūviai turi priešingus ženklus, tai yra patraukli jėga ir ji nukreipta išilgai kairiosios trikampio pusės link -4emokestis.
Jėga tarp +2eir +3emokestis:
Šios jėgos dydį nurodo:
F = k \ frac {q_1q_2} {r ^ 2} = (8,99 kartus 10 × 9) \ frac {(2 kartus 1,602 kartus10 ^ {- 19}) (3 kartus 1,602 kartus104 {- 19} )} {0.0008 ^ 2} = 2,16 \ kartus 10 ^ {- 21} \ tekstas {N}
Kadangi šie krūviai turi tą patį ženklą, tai yra atstumianti jėga ir nukreipta tiesiai nuo +2emokestis.
Jei manote, kad standartinė koordinačių sistema suskaidote kiekvieną jėgos vektorių į komponentus, gausite:
Pridedantxirykomponentai suteikia:
Tada jūs naudojate Pitagoro teoremą, kad nustatytumėte jėgos dydį:
F_ {net} = \ sqrt {(- 3,245 \ kartus 10 ^ {- 21}) ^ 2 + (-1,88 \ kartus 10 ^ {- 21}) ^ 2} = 3,75 karto 10 ^ {- 21} \ tekstas {N}
Ir trigonometrija nurodo kryptį:
\ theta = \ tan ^ {- 1} \ frac {F_ {nety}} {F_ {netx}} = \ tan ^ {- 1} \ frac {(- 1,88 \ kartus 10 ^ {- 21})} {( -3.245 \ kartus 10 ^ {- 21})} = 30
Kryptis yra 30 laipsnių žemiau neigiamosxašis (arba 30 laipsnių žemiau horizontalės į kairę.)