Što je Coulombov zakon?
Coulombov zakon koristi se u području fizike za izračunati električnu silu koja djeluje između dva napunjena mirovanja.
Iz ovog zakona moguće je predvidjeti koja će biti elektrostatička sila privlačenja ili odbijanja koja postoji između dviju čestica prema njihovom električnom naboju i udaljenosti između njih.
Coulombov zakon svoje ime duguje francuskom fizičaru Charles-Augustinu de Coulombu, koji je 1875. godine proglasio ovaj zakon, a koji je osnova elektrostatike:
"Veličina svake od električnih sila s kojima dva točkasta naboja međusobno djeluju u mirovanju izravno je proporcionalna umnošku veličine oba naboja i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti koja ih razdvaja i ima smjer crte koja se spaja njih … Sila je odbojna ako su naboji istog znaka, a privlačna ako su suprotnog predznaka ”.
Ovaj zakon predstavljen je na sljedeći način:
- F = električna sila privlačenja ili odbijanja u Newtonima (N). Kao što se optužbe odbijaju, a suprotne optužbe privlače.
- k = je Coulomova konstanta ili električna konstanta proporcionalnosti. Sila varira ovisno o električnoj propusnosti (ε) medija, bilo da je riječ o vodi, zraku, ulju, vakuumu, između ostalog.
- što = vrijednost električnih naboja izmjerenih u Coulomb (C).
- r = udaljenost koja razdvaja naboje i koja se mjeri u metrima (m).
Treba napomenuti da je električna propusnost vakuuma konstantna i jedna od najčešće korištenih. Izračunava se na sljedeći način: ε 0 = 8,8541878176x10-12 C2 / (Nm2). Izuzetno je važno uzeti u obzir propusnost materijala.
Vrijednost Coulomove konstante u Međunarodnom sustavu mjerenja je:
Ovaj zakon uzima u obzir samo interakciju između dva točkasta naboja istovremeno i određuje samo silu koja postoji između q1 i što2 ne uzimajući u obzir opterećenja okolo.
Coulomb je uspio utvrditi svojstva elektrostatičke sile razvijanjem torzijske vage kao instrumenta za proučavanje, koji se sastojao od šipke koja visi na vlaknu s mogućnošću uvijanja i vraćanja u početni položaj.
Na taj je način Coulomb mogao izmjeriti silu koja djeluje na točku na šipci postavljanjem nekoliko nabijenih kuglica na različite udaljenosti kako bi izmjerio privlačnu ili odbijajuću silu dok se šipka okretala.
Elektrostatička sila
Električni naboj svojstvo je materije i uzrok je pojava povezanih s električnom energijom.
Elektrostatika je grana fizike koja proučava učinke koji nastaju u tijelima u skladu s njihovim električnim nabojima u ravnoteži.
Električna sila (F) proporcionalna je nabojima koji se spajaju i obrnuto je proporcionalna udaljenosti između njih. Ta sila djeluje između naboja radijalno, odnosno linija između naboja, dakle radijalni je vektor između dva naboja.
Stoga dva naboja istog predznaka generiraju pozitivnu silu, na primjer: - ∙ - = + ili + ∙ + = +. S druge strane, dva naboja suprotnih predznaka generiraju negativnu silu, na primjer: - ∙ + = - ili + ∙ - = -.
Međutim, dva naboja s istim predznakom odbijaju se (+ + / - -), ali dva naboja s različitim predznacima privlače (+ - / - +).
Primjer: ako rukavicom natrljate teflonsku traku, rukavica je pozitivno nabijena, a traka negativno nabijena, pa se, kad se približe, međusobno privlače. Sada, ako kosu napunimo napuhani balon, balon će se napuniti negativnom energijom, a kad se približi teflonskoj vrpci, obojica se odbijaju jer imaju istu vrstu naboja.
Isto tako, ova sila ovisi o električnom naboju i udaljenosti između njih, ona je temeljno načelo elektrostatike, kao i zakon koji se primjenjuje na naboje koji miruju u referentnom okviru.
Vrijedno je spomenuti da se na malim udaljenostima sile električnih naboja povećavaju, a na velikim udaljenostima sile električnih naboja smanjuju se, odnosno smanjuju se udaljavanjem naboja.
Veličina sile
Veličina elektromagnetske sile je ona koja utječe na tijela koja sadrže električni naboj i koja može dovesti do fizičke ili kemijske transformacije jer se tijela mogu međusobno privlačiti ili odbijati.
Stoga je veličina dva električna naboja jednaka konstanti medija u kojem se nalaze električni naboji količnikom između umnoška svakog od njih i udaljenosti koja ih razdvaja na kvadrat.
Veličina elektrostatičke sile proporcionalna je umnošku veličine naboja q1 jer2. Elektrostatička sila iz blizine vrlo je snažna.
Primjeri Coulomb-ovog zakona
Ispod su različiti primjeri vježbi u kojima bi se trebao primijeniti Coulombov zakon.
Primjer 1
Imamo dva električna naboja, jedan od + 3c i jedan od -2c, odvojen udaljenostom od 3m. Da bi se izračunala sila koja postoji između oba naboja, potrebno je pomnožiti konstantu K s umnoškom oba naboja. Kao što se može vidjeti na slici, dobivena je negativna sila.
Ilustrirani primjer kako primijeniti Coulombov zakon:
Primjer 2
Dobili smo teret 6 x 10-6C (q1) koji je udaljen 2m od opterećenja -4 x 10-6C (q2). Pa kolika je veličina sile između ova dva naboja?
do. Množe se koeficijenti: 9 x 6 x 4 = 216.
b. Eksponenti se dodaju algebarski: -6 i -6 = -12. Sada je -12 + 9 = -3.
Odgovor: F = 54 x 10-3 N.
Primjeri vježbi
1. Imamo opterećenje 3 x 10-6C (q1) i još jedan teret od -8 x 10-6C (q2) na udaljenosti od 2 m. Kolika je veličina privlačne sile koja postoji između njih dvoje?
Odgovor: F = 54 X 10-3 N.
2. Odredite silu koja djeluje između dva električna naboja 1 x 10-6C (q1) i još 2,5 x 10 opterećenja-6C (q2), koji miruju i nalaze se u vakuumu na udaljenosti od 5 cm (ne zaboravite dovesti cm na m slijedeći Međunarodni sustav mjerenja).
Odgovor: F = 9 N.
