Закон Кулона. Сила кулона как направлена

Закон Кулона

Крутильные весы Кулона

Закон Кулона - один из основных законов электростатики, определяющий величину и направление силы взаимодействия между двумя неподвижными [1] точечными зарядами. Экспериментально с удовлетворительной точностью был впервые доказан Генри Кавендиш в 1773, который использовал метод сферического конденсатора, но его работы не были опубликованы. В 1785 году закон был установлен Шарль Кулон с помощью специальных крутильных весов [2].

1. Определение

Электростатическая сила взаимодействия F 12 двух точечных неподвижных зарядов q 1 и q 2 в вакууме прямо пропорциональна произведению абсолютных значений зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния r 12 между ними. ,

в векторной форме:

,

Сила взаимодействия направлена ​​вдоль прямой, соединяющей заряды, причем одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Силы, которые определяются законом Кулона аддитивные.

Коэффициент пропорциональности k называется электростатической постоянной и зависит от выбора единиц измерения. Так в Международной системе единиц СИ k = 1 / (4πε 0) ≈ 8,987742438 ? 10 9Н ? м 2 ? Кл -2, где - электрическая постоянная. В системе СГС Г единица измерения заряда выбрана таким образом, что k = 1.

Такие условия являются необходимыми для выполнения сформулированного закона:

1. Точковисть зарядов - расстояние между заряженными телами должно быть намного больше размеров тел.
2. Недвижимость зарядов. В противном случае нужно учитывать магнитное поле заряда, что движется.

В однородном изотропном среде сила взаимодействия между зарядами уменьшается в ε раз: , Где ε диэлектрическая проницаемость среды.

2. История открытия

Догадки о том, что взаимодействие между електризованимы телами подчиняется тому же закону оберененои пропорциональности квадрату расстояния, и тяжести, неоднократно высказывались исследователями в середине 18 в. В начале 1770-х ее экспериментально открыл Генри Кавендиш, однако своих результатов не опубликовал, и о них стало известно только в конце 19 в. после изучения и публикации его архивов. Шарль Кулон опубликовал закон 1785 году в двух мемуарах, представленных на рассмотрение Французской академии наук [2]. 1835 Карл Гаусс опубликовал выведенную на основе закона Кулона, теорему Гаусса. В виде теоремы Гаусса закон Кулона входит в основных уравнений электродинамики.

3. Проверка закона

Для макроскопических расстояний при экспериментах в земных условиях, которые были проведены по методу Кавендиша, доказано что показатель степени r в законе Кулона не может отличаться от 2 более чем на 6.10 -16. Из экспериментов с рассеяния альфа-частиц получается, что закон Кулона не нарушается до расстояний 10 -14м. Но с другой стороны, для описания взаимодействия заряженных частиц на таких расстояниях понятия, с помощью которых формулируется закон (понятие силы, положения), теряют смысл. В этой области пространственных масштабов действуют законы квантовой механики.

Закон Кулона можно считать одним из последствий квантовой электродинамики, в рамках которой взаимодействие заряженных частиц обусловлена ​​обменом виртуальными фотонами. Вследствие этого, эксперименты по проверке выводов квантовой электродинамики считать опытами по проверке закона Кулона. Так, эксперименты с аннигиляции электронов и позитронов свидетельствуют, что отклонение от законов квантовой электродинамики не наблюдаются до расстояний 10 -18м.

См.. также

Источники

• Гончаренко С. В. Физика: Основные законы и формулы .. - К. : Лыбидь, 1996. - 47 с.
• Кучерук И. М., Горбачук И. Т., Луцик П. П. Электричество и магнетизм / / Общий курс физики. - К. : Техника, 2006. - Т. 2. - 456 с.
• Ф. С. Е., Тиморева А. В. Электрические и электромагнитные явления / / Курс общей физики. - К. : Просвещение, 1953. - Т. 2. - 496 с.
• Физическая энциклопедия / Под ред. А. М. Прохорова. - М. : Советская энциклопедия, 1990. - Т. 2. - 703 с.
• Сивухин Д. В. Электричество / / Общий курс физики. - М. : Физматлит, 2009. - Т. 3. - 656 с.

5. Сноски

1. Закон Кулона можно приближенно применять и для движущихся зарядов, если их скорости намного меньше скорости света
2. ↑ а б В - Coulomb (1785a) "Premier m?moire sur l'?lectricit? et le magn?tisme," Histoire de l'Acad?mie Royale des Sciences, pages 569-577 - Кулон изучал силы отталкивания одноименных зарядов:

   Page 574: Il r?sulte donc de ces trois essais, que l'action r?pulsive que les deux balles ?lectrif?es de la m?me nature d'?lectricit? exercent l'une sur l'autre, suit la raison inverse du carr? des distances.

   Перевод: Так, из этих трех опытов следует, что сила отталкивания между двумя електризованимы пулями, зарядженмы электричеством одной природы, следует закону обратной пропорциональности квадрату расстояния ..

   В - Coulomb (1785b) "Second m?moire sur l'?lectricit? et le magn?tisme," Histoire de l'Acad?mie Royale des Sciences, pages 578-611. - Кулон показал, что тела с противоположными зарядами притягиваются с силой оберенено-пропорциональной расстоянию.

nado.znate.ru

1.2 Закон Кулона

Закон взаимодействия электрических зарядов экспериментально установлен в 1785 г. французским ученым Ш. Кулоном. Природа вещей такова, что сила взаимодействия между двумя небольшими заряженными шариками прямо пропорциональна произведению величин их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Сила взаимодействия зарядов - сила центральная, т. е. направлена вдоль прямой, соединяющей заряды (рис. 1.1). Для изотропной среды закон Кулона записывается следующим образом:

где k – коэффициент пропорциональности; q1 и q2 - величины взаимодействующих зарядов; r – расстояние между ними; r – радиус-вектор, проведенный от одного заряда к другому и направленный к тому из зарядов, на который действует сила.

Формулировка закона Кулона: «Сила электростатического взаимодействия между двумя точечными электрическими зарядами прямо пропорциональна произведению величин зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль соединяющей их прямой так, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются».

Следует отметить, что закон Кулона применим для расчета взаимодействия точечных зарядов и тел шарообразной формы при равномерном распределении заряда по их поверхности или объёму.

Точечным зарядом называется заряженное тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстояниями до других тел, несущих электрический заряд.

Экспериментальные исследования показали, что при прочих равных условиях сила электростатического взаимодействия зависит от свойств среды, в которой находятся заряды. Поэтому коэффициент пропорциональности k в законе Кулона представляют в виде k = k1 / e, где k1- коэффициент, зависящий только от выбора системы единиц; e - безразмерная величина, которая характеризует электрические свойства среды и называется относительной диэлектрической проницаемостью среды. Для вакуума e = 1.

В системе единиц СИ единица заряда кулон (Кл) определяется через единицу силы тока ампер (А) и единицу времени секунду (с), так что 1 Кл = 1 А×1 с. Коэффициент k1 в этой системе определяется следующим образом: k1= 1 / 4pe0 = 8,988×109 (Н×м2) / Кл2, где e0 = 8,85×10–12 Кл2 / (Н×м2) и носит название электрической постоянной.

Таким образом, закон Кулона для изотропной и однородной среды записывается в виде

      (1.1)

Вопросы

1)      Запишите, сформулируйте и объясните закон Кулона

2)      Сопоставьте силу кулоновского взаимодействия двух электронов с силой их гравитационного взаимодействия

3)      Как изменится сила взаимодействия между двумя точечными зарядами, если модуль заряда увеличить в четыре раза, а расстояние между зарядами уменьшить вдвое?

наверх

physicsleti.narod.ru

Закон Кулона | Объединение учителей Санкт-Петербурга

Закон Кулона.
З-н Кулона - основной закон электростатики, позволяющий рассчитать силу взаимодействия между двумя точечными неподвижными зарядами в вакууме.Открыт в 1785 г. французским физиком Шарлем Огюстеном Кулоном (раньше и более точно закономерности установлены Г. Кавендишем, но не опубликованы).
Опыт Кулона. Металлические шарики заряжаются и взаимодействуют. Заряд измеряется в относительных единицах. Нить закручивается. Сила упругости нити уравновешивает электрическую силу. По углу закручивания нити определяют силу взаимодействия. 1.→ F ~ q1   2.    → F ~ q2    3.    → F ~
Вывод: Сила взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Сила центральна. Направлена по прямой, соединяющей заряды. Если знаки зарядов одинаковы, то направление силы и радиус-вектора совпадают, если знаки зарядов разные, то направление силы и радиус-вектора противоположны. Силы взаимодействия между зарядами равны по величине и противоположны по направлению по 3-ему з-ну Ньютона.	Пример: сила взаимодействия между двумя ионами в кристалле поваренной соли F=2.10-9 Н.
Коэффициент k зависит от выбора системы единиц. Коэффициент k численно равен силе взаимодействия между двумя точечными неподвижными зарядами по единице заряда каждый, находящимися в вакууме на расстоянии, равном единице длины друг от друга.
В СИ удобно представить , где e0=8,85.10-12 Кл2/(Н.м2) - электрическая постоянная вакуума.
Диэлектрическая проницаемость среды ( e ). Характеризует электрические свойства среды. Для любой среды e >1. Зависит только от свойств среды. Диэлектрическая проницаемость показывает во сколько раз сила взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов в вакууме больше их сил взаимодействия в среде.     - безразмерная величина!	Примеры:
Полная форма записи закона Кулона.
Если заряды не точечные или их больше двух, то силы складываются по правилу  сложения векторов:

www.eduspb.com

Закон Кулона | Все формулы

Закон Кулона — Сила взаимодействия между двумя точечными электрическими зарядами пропорциональна величинам этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона:. Они являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках.

Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Раздел электродинамики, изучающий кулоновское взаимодействие, называют электростатикой.

Закон Кулона справедлив для точечных заряженных тел. Практически закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними.

Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона зависит от выбора системы единиц. В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон (Кл).

Отметим, чтоб выполнялся закон Кулона необходимо 3 условия:

1 условие : Точечность зарядов — то есть расстояние между заряженными телами много больше их размеров

2 условие : Неподвижность зарядов. Иначе вступают в силу дополнительные эффекты: магнитное поле движущегося заряда и соответствующая ему дополнительная сила Лоренца, действующая на другой движущийся заряд

3 условие : Взаимодействие зарядов в вакууме

В формуле мы использовали :

— Сила Кулона

— Электрический заряд тела

— Расстояние между зарядами

— Электрическая постоянная

— Диэлектрическая проницаемость среды

— Коэффициент пропорциональности в законе Кулона

xn--b1agsdjmeuf9e.xn--p1ai

Закон Кулона

При передаче незаряженному электроскопу электрического положительного или отрицательного заряда, можно заметить, что листочки электроскопа будут расходиться на меньший или больший угол.

Прикоснёмся при помощи наэлектризованной палочки к стержню электроскопа и запомним угол, на который будут расходиться листочки. Для того чтобы выдать расхождение листочков электроскопа на больший угол, необходимо передать ему заряд с большей площади заряженной палочки. И, наоборот, листочки сойдутся, при прикосновении рукой к стержню электроскопа.

Таким образом, мы обнаруживаем, что сила электрического заряда на телах бывает больше или меньше. Следовательно, можно говорить о таком понятии как величина заряда, а значит, и об её измерении.

Это стало возможно благодаря открытию в конце XVIII в. закона о взаимодействии электрических зарядов. Этот закон открыл французский физик Кулон.

Закон Кулона был открыт опытным путем: ученый проводил опыты с крутильными весами, с помощью которых измерял силу, с которой взаимодействуют наэлектризованные объекты.

Крутильные весы состоят из легкого, не проводящего никакие электрические заряды коромысла, подвешенного на тончайшей металлической нити в стеклянном сосуде цилиндрической формы. На одном краю стержня укреплён позолоченный шарик из пробки, a на другом – противовес. Верхним своим концом проволока прикрепляется к центру головки, снабженной указателем и вращающейся по шкале, имеющей деления, которая служит для определения размера угла закручивания закреплённой проволоки.

Крышка сосуда имеет отверстие, через которое на изоляторе подается другой, точно такой же шарик b, который равен шарику a по размеру. Размер углового расстояния между позолоченными шариками a и b подсчитывается по делениям, которые находятся на цилиндрическом сосуде. Для этого поворачивают головку весов на определенный угол, можно изменять расстояние.

После того как оба шарика будут заряжены и установлены на любом расстоянии, Кулон мог определять силу, с которой эти шарики взаимодействуют, измеряя угол закручивания нити.

Если прибор заранее проградуирован, то измерив угол поворота головки, можно узнать, с какой силой взаимодействуют наэлектризованные шарики.

При изменении расстояния между шариками Кулон обнаружил, что при постоянных зарядах сила, с которой они взаимодействуют, будет обратно пропорциональна двойному расстоянию между их центрами.

Решение вопроса об измерении величины зарядов на шариках было следующим: если шарик b зарядить и, вынув из прибора, соприкоснуть с другим шариком, то ровно половина заряда перейдет на другой шарик с шарика b. На нем, таким образом, останется заряд вдвое меньше. Поместив шарик b обратно в прибор, Кулон обнаружил, что при одинаковом расстоянии между шариками, их сила взаимодействия убывает в два раза - прямо пропорционально сокращению величины заряда.

Аналогично менялся заряд движущегося шарика a.

Благодаря этим опытам был открыт закон, который впоследствии стал известен как закон Кулона, определение его следующее: сила взаимодействия двух точечных зарядов прямо пропорциональна их величинам, обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами и направлена по линии, которая соединяет эти заряды.

Закон Кулона Амонтона выражается формулой:

F = k(q1q2/r²),

где q1 и q2 - величины точечных зарядов, которые взаимодействуют, r – расстояние между этими зарядами, а k является коэффициентом пропорциональности, который зависит от того, какие единицы измерения величин будут входить в формулу.

При этом точечными называют такие заряды, которые находятся на телах любого размера и формы, которые достаточно малы в сравнении с расстояниями, на которых рассматривается их взаимодействие.

Исследования показали, что на величину силы F оказывает влияние окружающая среда, и формула, которая выражает закон Кулона, применяется только в том случае, когда взаимодействую заряженные тела в вакууме.

Благодаря закону Кулона была установлена единица электрического разряда. Так, под ней подразумевают заряд, действующий в вакууме на идентичный заряд, который находится на расстоянии в один сантиметр, с силой в одну дину. Это абсолютная электростатическая единица заряда.

fb.ru

Сила Кулона - Википедия

О законе сухого трения см. Закон Амонтона - Кулона

Классическая электродинамика

Электричество · Магнетизм

Электростатика Закон КулонаТеорема ГауссаЭлектрический дипольный моментЭлектрический зарядЭлектрическая индукцияЭлектрическое полеЭлектростатический потенциал Магнитостатика Закон Био — Савара — ЛапласаЗакон АмпераМагнитный моментМагнитное полеМагнитный потокМагнитная индукция Электродинамика Векторный потенциалДипольПотенциалы Лиенара — ВихертаСила ЛоренцаТок смещенияУниполярная индукцияУравнения МаксвеллаЭлектрический токЭлектродвижущая силаЭлектромагнитная индукцияЭлектромагнитное излучениеЭлектромагнитное поле Электрическая цепь Закон ОмаЗаконы КирхгофаИндуктивностьРадиоволноводРезонаторЭлектрическая ёмкостьЭлектрическая проводимостьЭлектрическое сопротивлениеЭлектрический импеданс Ковариантная формулировка Тензор электромагнитного поляТензор энергии-импульса4-потенциал4-ток Известные учёные Генри КавендишМайкл ФарадейНикола ТеслаАндре-Мари АмперГустав Роберт КирхгофДжеймс Клерк (Кларк) МаксвеллГенри Рудольф ГерцАльберт Абрахам МайкельсонРоберт Эндрюс Милликен

См. также: Портал:Физика

Зако́н Куло́на — это закон, описывающий силы взаимодействия между неподвижными точечными электрическими зарядами.

Содержание

• 1 Формулировки
• 2 Коэффициент k

encyclopaedia.bid

Богданов К.Ю. - учебник по физике для 10 класса

§ 34. ЗАКОН КУЛОНА.

Согласно закону Кулона сила взаимодействия между двумя неподвижными заряженными точечными телами пропорциональна произведению их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Электрическая сила взаимодействия между заряженными телами зависит от величины их зарядов, размеров тел, расстояния между ними, а также от того, в каких частях тел находятся эти заряды. Если размеры заряженных тел значительно меньше расстояния между ними, то такие тела называют точечными. Сила взаимодействия между точечными заряженными телами  зависит только от величины их зарядов и расстояния между ними.

Закон, описывающий взаимодействие двух точечных заряженных тел, был установлен французским физиком Ш. Кулоном, когда он измерял силу отталкивания между небольшими одноимённо заряженными металлическими шариками (см. рис. 34а). Установка Кулона состояла из тонкой упругой серебряной нити (1) и подвешенной на ней лёгкой стеклянной палочки (2), на одном конце которой был укреплён заряженный металлический шарик (3), а на другом противовес (4). Сила отталкивания между неподвижным шариком (5) и шариком 3 приводила к закручиванию нити на некоторый угол, a, по которому можно было определить величину этой силы. Сближая и отдаляя между собой одинаково заряженные шарики 3 и 5, Кулон установил, что сила отталкивания между ними обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Чтобы установить, как сила взаимодействия между шариками зависит от величины их зарядов, Кулон поступал следующим образом. Сначала он измерял силу, действующую между одинаково заряженными шариками 3 и 5, а потом касался одного из заряженных шариков (3) другим, незаряженным шариком такого же размера (6). Кулон справедливо полагал, что при соприкосновении одинаковых металлических шариков электрический заряд поровну распределится между ними, и поэтому на шарике 3 останется только половина его первоначального заряда. При этом, как показали опыты, сила отталкивания между шариками 3 и 5 уменьшалась в два раза, по сравнению с первоначальной. Изменяя подобным образом заряды шариков, Кулон установил, что они взаимодействуют с силой, пропорциональной произведению их зарядов.

В результате многочисленных опытов Кулон сформулировал закон,  определяющий модуль силы F12, действующей между двумя неподвижными точечными телами с зарядами q1 и q2, расположенными на расстоянии r друг от друга:

где k – коэффициент пропорциональности, значение которого зависит от используемой системы единиц, и который часто по причинам, связанным с историей введения систем единиц, заменяют на (4pe0)-1 (см. 34.1). e0 называют электрической постоянной. Вектор силы F12 направлен вдоль прямой, соединяющей тела, так, что разноимённо заряженные тела притягиваются, а одноимённо заряженные отталкиваются (рис. 34б). Этот закон (см. 34.1) называют законом Кулона, а соответствующие электрические силы – кулоновскими.

Закон Кулона, а именно зависимость силы взаимодействия от второй степени расстояния между заряженными телами, до сих пор подвергается экспериментальной проверке. В настоящее время показано, что показатель степени в законе Кулона может отличаться от двойки не более, чем на 6.10-16. 

В системе СИ единицей электрического заряда служит кулон (Кл). Заряд в 1 Кл равен заряду, проходящему за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока, равной 1 амперу (А). В системе СИ

k = 9.109 Н.м2/Кл2 , а e0 = 8,8.10-12 Кл2 /( Н.м2)                  (34.2)

Элементарный электрический заряд, e, в СИ равен:

e = 1,6.10-19 Кл .                                   (34.3)

 По своему виду закон Кулона очень похож на закон всемирного тяготения (11.1), если заменить в последнем массы на заряды. Однако, несмотря на внешнее сходство, гравитационные силы и кулоновские отличаются друг от друга тем, что

1. гравитационные силы всегда притягивают тела, а кулоновские могут как притягивать, так и отталкивать тела,

2. кулоновские силы гораздо сильнее гравитационных, например, кулоновская сила, отталкивающая два электрона друг от друга, в 1042 раз больше силы их гравитационного притяжения.

Вопросы для повторения:

·        Что такое точечное заряженное тело?

·        Опишите опыты, с помощью которых Кулон установил закон, названный его именем?

Рис. 34. (а) - схема экспериментальной установки Кулона для определения сил отталкивания между одноимёнными зарядами; (б) – к определению величины и направления действия кулоновских сил при использовании формулы (34.1).

kaf-fiz-1586.narod.ru

---

• 
  Деление шкалы это
• 
  Какой величины достигает напряжение прикосновения при замыкании фазы
• 
  Проверить счетчик воды
• 
  Дома свет
• 
  Тепло в москве когда дадут
• 
  Когда отключат горячую воду в 2018 году в москве моэк
• 
  Рн метры
• 
  Регулирование скорости дпт
• 
  Что такое релейная защита
• 
  Вести контроль
• 
  Галогенные лампочки