Tıpkı yükler iter ve zıt yükler çeker, ancak bu çekim kuvveti ne kadar büyük? İki kütle arasındaki yerçekimi kuvvetini hesaplamak için bir denkleminiz olduğu gibi, iki yük arasındaki elektrik kuvvetini belirlemek için de bir formül vardır.
Elektrik yükünün SI birimi Coulomb'dur (C) ve temel yük taşıyıcıları protondur;+eve elektron, yüklü-e, nerede temel ücrete = 1.602× 10-19 C. Bu nedenle, bir nesnenin yükü bazen bir katı olarak temsil edilir.e.
Coulomb yasası
Adını Fransız fizikçi Charles-Augustin de Coulomb'dan alan Coulomb yasası, iki nokta yük arasındaki elektrik kuvvetini verir.q1veq2ayrılık mesafesirayrı olarak:
F = k\frac{q_1q_2}{r^2}
sabit neredekCoulomb sabitidir,k = 8.99 × 109 Nm2/C2.
Elektrik kuvvetinin SI birimi, tüm kuvvetlerde olduğu gibi Newton'dur (N). Kuvvet vektörünün yönü, zıt yükler için diğer yüke doğru (çekici), yükler aynıysa diğer yükten (itici) uzağa doğrudur.
Coulomb yasası, tıpkı iki kütle arasındaki yerçekimi kuvveti gibi, birTers kare kanunu. Bu, iki yük arasındaki mesafenin ters karesi olarak azaldığı anlamına gelir. Başka bir deyişle, iki kat daha uzak olan yükler, kuvvetin dörtte birini deneyimler. Ancak bu yük mesafe ile azalırken, asla sıfıra gitmez ve dolayısıyla sonsuz menzile sahiptir.
Belirli bir yük üzerindeki kuvveti, diğer birden çok yük nedeniyle bulmak için, Coulomb yasasını kullanarak üzerindeki kuvveti belirlersiniz. diğer yüklerin her birine ayrı ayrı yüklenir ve ardından nihai sonucu elde etmek için kuvvetlerin vektör toplamını eklersiniz. sonuç.
Coulomb Yasası Neden Önemlidir?
Statik elektrik:Halının üzerinde yürüdükten sonra kapı koluna dokunduğunuzda şok olmanızın nedeni Coulomb yasasıdır.
Ayaklarınızı halıya sürttüğünüzde, elektronlar sürtünme yoluyla aktarılır ve size net bir yük bırakır. Üzerinizdeki tüm fazla yükler birbirini iter. Eliniz bir iletken olan kapı tokmağına uzandığında, bu aşırı yük sıçrama yapar ve bir şoka neden olur!
Elektrik kuvveti yerçekiminden çok daha güçlüdür:Elektrik kuvveti ile yerçekimi kuvveti arasında birçok benzerlik olmasına rağmen, elektrik kuvvetinin göreli kuvveti 10'dur.36 yerçekimi kuvvetinin katı!
Yerçekimi bize büyük görünüyor çünkü yapıştığımız dünya çok büyük ve çoğu madde elektriksel olarak nötr, yani aynı sayıda proton ve elektrona sahipler.
Atomların içinde:Coulomb yasası, atom çekirdekleri arasındaki etkileşimlerle de ilgilidir. Pozitif yüklü iki çekirdek yeterince yakın olmadıkça Coulomb kuvveti nedeniyle birbirini itecektir. güçlü nükleer kuvvet (bunun yerine protonların çekilmesine neden olur, ancak yalnızca çok kısa bir aralıkta hareket eder) kazanır dışarı.
Bu nedenle çekirdeklerin kaynaşması için yüksek enerjiye ihtiyaç vardır: İlk itici kuvvetlerin üstesinden gelinmesi gerekir. Elektrostatik kuvvet aynı zamanda elektronların ilk etapta atom çekirdeğine çekilmesinin nedenidir ve çoğu maddenin elektriksel olarak nötr olmasının nedeni budur.
Polarizasyon:Yüklü bir nesne, nötr nesnenin yanına getirildiğinde, nötr nesnedeki atomların etrafındaki elektron bulutlarının kendilerini yeniden dağıtmasına neden olur. Bu fenomene denirpolarizasyon.
Yüklü nesne negatif yüklüyse, elektron bulutları uzayın en uzak köşesine doğru itilir. atomlardaki pozitif yüklerin, atomlardaki negatif yüklerden biraz daha yakın olmasına neden olur. atom. (Yakınlaştırılan pozitif yüklü bir nesne ise bunun tersi gerçekleşir.)
Coulomb yasası bize negatif yüklü nesne ile nötr nesnedeki pozitif yükler arasındaki çekim kuvvetinin şöyle olacağını söyler. arasındaki göreceli mesafeler nedeniyle negatif yüklü nesne ile nötr nesne arasındaki itme kuvvetinden biraz daha güçlüdür. ücretler.
Sonuç olarak, bir nesne teknik olarak nötr olsa bile, yine de çekim olacaktır. Bu yüzden yüklü bir balon nötr bir duvara yapışır!
İncelenecek Örnekler
Örnek 1:+2 ücreteve bir ücret -2e0,5 cm mesafe ile ayrılmıştır. Aralarındaki Coulomb kuvvetinin büyüklüğü nedir?
Coulomb yasasını kullanarak ve cm'yi m'ye çevirdiğinizden emin olarak şunları elde edersiniz:
F = k\frac{q_1q_2}{r^2} = (8.99\times 10^9)\frac{(2\times 1.602\times10^{-19})(-2\times 1.602\times10^{-19 })}{0,005^2} = -3,69\times 10^{-23} \text{ N}
Negatif işaret, bunun çekici bir güç olduğunu gösterir.
Örnek 2:Bir eşkenar üçgenin köşelerinde üç yük bulunur. Sol alt köşede bir -4eşarj etmek. Sağ alt köşede +2eşarj ve üst köşede +3eşarj etmek. Üçgenin kenarları 0,8 mm ise +3 üzerindeki net kuvvet nedir?eşarj etmek?
Çözmek için, her bir yükten kaynaklanan kuvvetlerin büyüklüğünü ve yönünü ayrı ayrı belirlemeniz ve ardından nihai sonucu bulmak için vektör toplamayı kullanmanız gerekir.
-4 arasındaki kuvveteve +3eşarj etmek:
Bu kuvvetin büyüklüğü şu şekilde verilir:
F = k\frac{q_1q_2}{r^2} = (8.99\times 10^9)\frac{(-4\times 1.602\times10^{-19})(3\times 1.602\times10^{-19 })}{0.0008^2} = -4.33\times 10^{-21}\text{ N}
Bu yüklerin zıt işaretleri olduğundan, bu çekici bir kuvvettir ve üçgenin sol tarafı boyunca -4'e doğru işaret eder.eşarj etmek.
+2 arasındaki kuvveteve +3eşarj etmek:
Bu kuvvetin büyüklüğü şu şekilde verilir:
F = k\frac{q_1q_2}{r^2}=(8.99\times 10^9)\frac{(2\times 1.602\times10^{-19})(3\times 1.602\times10^{-19} )}{0.0008^2} = 2.16\times 10^{-21}\text{ N}
Bu yükler aynı işarete sahip olduğundan, bu itici bir kuvvettir ve +2'den doğrudan uzağa işaret eder.eşarj etmek.
Standart bir koordinat sistemi varsayarsanız ve her bir kuvvet vektörünü bileşenlere ayırırsanız, şunları elde edersiniz:
Eklemexveybileşenleri verir:
Daha sonra kuvvetin büyüklüğünü bulmak için Pisagor teoremini kullanırsınız:
F_{net} = \sqrt{(-3.245\times 10^{-21})^2 + (-1.88\times 10^{-21})^2} = 3.75\times 10^{-21}\text { N}
Ve trigonometri size yön verir:
\theta = \tan^{-1}\frac{F_{nety}}{F_{netx}} = \tan^{-1}\frac{(-1.88\times 10^{-21})}{( -3.245\times 10^{-21})} = 30
Yön, negatifin 30 derece altındaxeksen (veya sola yatayın 30 derece altında.)