Попут набоја се одбијају, а супротни набоји привлаче, али колика је ова сила привлачења? Као што имате једначину за израчунавање силе гравитације између две масе, тако постоји и формула за одређивање електричне силе између два наелектрисања.
СИ јединица електричног наелектрисања је Цоуломб (Ц), а основни носачи наелектрисања су протон са наелектрисањем+ е, и електрон, са наелектрисањем-е, где је елементарни набоје = 1.602× 10-19 Ц. Због тога се наелектрисање објекта понекад представља вишеструкое.
Кулонов закон
Цоуломб-ов закон, назван по француском физичару Цхарлес-Аугустин де Цоуломб-у, даје електричну силу између два тачкаста наелектрисањак1ик2раздаљина раздвајањаросим као:
Ф = к \ фрац {к_1к_2} {р ^ 2}
Где константакје Цоуломб-ова константа,к = 8.99 × 109 Нм2/ Ц2.
СИ јединица за електричну силу је Њутн (Н), баш као и код свих сила. Правац вектора силе је према другом набоју (привлачан) за супротна наелектрисања и даље од другог наелектрисања (одбојни) ако су наелектрисања иста.
Кулонов закон је, баш као сила гравитације између две масе, ан
инверзни квадратни закон. То значи да се смањује као обрнути квадрат растојања између два наелектрисања. Другим речима, набоји који су двоструко удаљенији доживљавају четвртину силе. Али док се ово наелектрисање смањује са даљином, никада не иде на нулу и тако има бесконачан домет.Да бисте пронашли силу на датом набоју услед вишеструких других наелектрисања, користите Цоуломб-ов закон да бисте одредили силу на наелектрисање због сваког од осталих наелектрисања појединачно, а затим додате векторски збир сила да бисте добили коначни резултат.
Зашто је Кулонов закон важан?
Статички електрицитет:Кулонов закон је разлог зашто се шокирате додиривањем кваке након што пређете преко тепиха.
Када трљате ногама по тепиху, електрони се преносе трењем, остављајући вам нето наелектрисање. Сви вишкови оптужби на вама одбијају се. Док ваша рука посеже за кваком, проводником, тај вишак наелектрисања прави скок и изазива шок!
Електрична сила је много моћнија од гравитације:Иако постоји много сличности између електричне силе и силе гравитације, електрична сила има релативну снагу 1036 пута пута гравитационе силе!
Гравитација нам се чини само великом, јер је земља за коју смо запели толико велика, а већина предмета је електрично неутрална, што значи да имају једнак број протона и електрона.
Унутар атома:Цоуломб-ов закон је такође релевантан за интеракције између атомских језгара. Два позитивно наелектрисана језгра ће се одбијати због кулонске силе уколико нису довољно близу тога јака нуклеарна сила (која узрокује да се протони уместо тога привлаче, али делује само у врло кратком домету) побеђује напоље
Због тога је потребна велика енергија да би се језгра стапила: почетне силе одбијања морају се надвладати. Електростатичка сила је такође разлог што су електрони пре свега привучени атомским језгрима и зато је већина предмета електрично неутрална.
Поларизација:Набијени објекат, када се приближи неутралном објекту, доводи до прерасподјеле облака електрона око атома у неутралном објекту. Ова појава се називаполаризација.
Ако је наелектрисани објекат негативно наелектрисан, облаци електрона се одгурну на крајњу страну атома, што доводи до тога да су позитивни набоји у атомима нешто ближи од негативних наелектрисања у атом. (Супротно се догађа ако се ради о позитивно наелектрисаном објекту.)
Цоуломб-ов закон нам говори да ће сила привлачења између негативно наелектрисаног објекта и позитивних наелектрисања у неутралном објекту бити нешто јача од одбојне силе између негативно наелектрисаног предмета и неутралног предмета због релативне удаљености између оптужбе.
Као резултат, иако је један објекат технички неутралан, атракција ће и даље бити. Због тога се напуњени балон држи неутралног зида!
Примери за проучавање
Пример 1:Наплата од +2еа набој од -2ераздвојени су растојањем од 0,5 цм. Колика је величина Кулонове силе између њих?
Користећи Кулонов закон и претварајући цм у м, добијате:
Ф = к \ фрац {к_1к_2} {р ^ 2} = (8,99 \ пута 10 ^ 9) \ фрац {(2 \ пута 1,602 \ тимес10 ^ {- 19}) (- 2 \ пута 1,602 \ тимес10 ^ {- 19 })} {0,005 ^ 2} = -3,69 \ пута 10 ^ {- 23} \ текст {Н}
Негативни знак указује да је ово привлачна сила.
Пример 2:Три набоја налазе се на врховима једнакостраничног троугла. У доњем левом врху је -4енапунити. У доњем десном врху је +2енаелектрисања, а на врху темена је +3енапунити. Ако су странице троугла 0,8 мм, колика је нето сила на +3енапунити?
Да бисте то решили, потребно је да одредите величину и смер сила услед сваког наелектрисања појединачно, а затим помоћу сабирања вектора пронађите коначни резултат.
Сила између -4еи +3енапунити:
Величина ове силе дата је:
Ф = к \ фрац {к_1к_2} {р ^ 2} = (8,99 \ пута 10 ^ 9) \ фрац {(- 4 \ пута 1,602 \ тимес10 ^ {- 19}) (3 \ пута 1,602 \ тимес10 ^ {- 19 })} {0,0008 ^ 2} = -4,33 \ пута 10 ^ {- 21} \ текст {Н}
С обзиром да ови набоји имају супротне предзнаке, ово је привлачна сила и усмерена је дуж леве стране троугла према -4енапунити.
Сила између +2еи +3енапунити:
Величина ове силе дата је:
Ф = к \ фрац {к_1к_2} {р ^ 2} = (8,99 \ пута 10 ^ 9) \ фрац {(2 \ пута 1,602 \ тимес10 ^ {- 19}) (3 \ пута 1,602 \ тимес10 ^ {- 19} )} {0,0008 ^ 2} = 2,16 \ пута 10 ^ {- 21} \ текст {Н}
С обзиром да ови набоји имају исти предзнак, ово је одбојна сила и усмерава директно на +2енапунити.
Ако претпоставите стандардни координатни систем и раставите сваки вектор силе на компоненте, добићете:
ДодавањеИксиг.компоненте дају:
Затим користите Питагорину теорему да бисте пронашли величину силе:
Ф_ {нет} = \ скрт {(- 3.245 \ пута 10 ^ {- 21}) ^ 2 + (-1,88 \ пута 10 ^ {- 21}) ^ 2} = 3.75 \ пута 10 ^ {- 21} \ тект {Н}
А тригонометрија вам даје смер:
\ тхета = \ тан ^ {- 1} \ фрац {Ф_ {нети}} {Ф_ {нетк}} = \ тан ^ {- 1} \ фрац {(- 1,88 \ пута 10 ^ {- 21})}} ( -3,245 \ пута 10 ^ {- 21})} = 30
Правац је 30 степени испод негативногИксос (или 30 степени испод хоризонтале улево.)