Batas ng Coulomb: ano ito, pormula at mga halimbawa

Ano ang Batas ni Coulomb?

Ang batas ng Coulomb ay ginagamit sa lugar ng pisika upang makalkula ang elektrikal na puwersa na kumikilos sa pagitan ng dalawang singil sa pahinga.

Mula sa batas na ito, posible na mahulaan kung ano ang magiging puwersa ng electrostatic na pang-akit o pagtanggi na mayroon sa pagitan ng dalawang partikulo ayon sa kanilang singil sa kuryente at ang distansya sa pagitan nila.

Ang batas ng Coulomb ay may utang sa pangalan nito sa pisika ng Pranses na si Charles-Augustin de Coulomb, na noong 1875 ay binigkas ang batas na ito, at bumubuo ng batayan ng mga electrostatics:

"Ang lakas ng bawat isa sa mga puwersang elektrikal na kung saan ang dalawang mga singil sa pahinga sa pakikipag-ugnay ay direktang proporsyonal sa produkto ng kadakilaan ng parehong mga singil at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya na naghihiwalay sa kanila at may direksyon ng linya na nag-uugnay sa kanila. Ang puwersa ay pagtanggi kung ang mga singil ay magkatulad na pag-sign, at ng pag-akit kung sila ay kabaligtaran sa pag-sign ".

Ang batas na ito ay kinakatawan ng mga sumusunod:

• F = electric lakas ng pang-akit o pagtanggi sa Newtons (N). Ang pantay na singil ay nagtataboy at ang kabaligtaran na singil ay nakakaakit. k = ay ang Coulomb pare-pareho o electric pare-pareho ng proporsyonalidad. Ang puwersa ay nag-iiba ayon sa electrical permittivity (ε) ng medium, maging ito tubig, hangin, langis, vacuum, at iba pa. q = halaga ng mga de-koryenteng singil na sinusukat sa Coulomb (C). r = distansya na naghihiwalay sa mga naglo-load at na sinusukat sa metro (m).

Dapat pansinin na ang elektrikal na permittivity ng vacuum ay palaging, at isa sa mga pinaka-malawak na ginagamit. Ito ay kinakalkula bilang mga sumusunod: ε ₀ = 8,8541878176x10 ^-12 C ² / (N · m ²). Napakahalaga na isaalang-alang ang permittivity ng materyal.

Ang halaga ng patuloy na Coulomb sa International Measurement System ay:

Isinasaalang-alang ng batas na ito ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang mga singil sa parehong oras at tinutukoy lamang ang puwersa na umiiral sa pagitan ng q ₁ at q _{2 nang hindi} isinasaalang-alang ang mga naglo-load sa paligid nito.

Natukoy ni Coulomb ang mga katangian ng puwersa ng electrostatic sa pamamagitan ng pagbuo ng balanse ng pag-iwas bilang isang instrumento sa pag-aaral, na binubuo ng isang bar na nakabitin sa isang hibla na may kakayahang mag-twist at bumalik sa paunang posisyon nito.

Sa ganitong paraan, masusukat ni Coulomb ang puwersa na naipalabas sa isang punto sa bar sa pamamagitan ng paglalagay ng maraming sisingilin na mga spheres sa iba't ibang mga distansya upang masukat ang puwersa ng pang-akit o pagtataboy habang ang bar ay pinaikot.

Puwersa ng elektrostatic

Ang singil ng kuryente ay isang pag-aari ng bagay at ang sanhi ng mga phenomena na nauugnay sa koryente.

Ang mga electrostatics ay sangay ng pisika na nag-aaral ng mga epekto na nabuo sa mga katawan ayon sa kanilang mga singil sa kuryente sa balanse.

Ang puwersa ng koryente (F) ay proporsyonal sa mga naglo-load na at inversely proporsyonal sa distansya sa pagitan nila. Ang puwersa na ito ay kumikilos sa pagitan ng mga naglo-load nang radyo, iyon ay, isang linya sa pagitan ng mga naglo-load, samakatuwid ito ay isang radial vector sa pagitan ng dalawang naglo-load.

Samakatuwid, ang dalawang singil ng parehong pag-sign ay lumikha ng isang positibong puwersa, halimbawa: - ∙ - = + o + ∙ + = +. Sa kabilang banda, ang dalawang singil ng kabaligtaran na mga palatandaan ay bumubuo ng isang negatibong puwersa, halimbawa: - ∙ + = - o + ∙ - = -.

Gayunpaman, ang dalawang singil na may parehong pag-sign ay nagtatanggal sa bawat isa (+ + / - -), ngunit ang dalawang singil na may magkakaibang mga palatandaan ay nakakaakit sa bawat isa (+ - / - +).

Halimbawa: kung kuskusin mo ang isang Teflon tape na may isang guwantes, ang guwantes ay positibong sisingilin at ang tape ay negatibong sisingilin, kaya kapag lumapit sila ay nakakaakit sila. Ngayon, kung kuskusin namin ang isang napalaki na lobo gamit ang aming buhok, ang lobo ay sisingilin ng negatibong enerhiya at kapag dinala namin ito sa Teflon tape, kapwa maitatapon ang bawat isa dahil mayroon silang parehong uri ng pagsingil.

Gayundin, ang puwersa na ito ay nakasalalay sa singil ng kuryente at ang distansya sa pagitan nila, ito ay isang pangunahing prinsipyo ng mga electrostatics, pati na rin ang isang batas na nalalapat sa mga singil sa pamamahinga sa isang sistema ng sanggunian.

Ito ay nagkakahalaga ng pagbanggit na para sa mga maliliit na distansya ang mga puwersa ng mga singil ng kuryente ay tumataas, at para sa mga malalayong distansya ang mga puwersa ng mga singil ng kuryente ay bumababa, iyon ay, bumababa habang ang mga singil ay lumayo mula sa bawat isa.

Maramihan ng puwersa

Ang kadiliman ng puwersa ng electromagnetic ay isa na nakakaapekto sa mga katawan na naglalaman ng isang singil ng kuryente, at maaaring humantong sa isang pisikal o pagbabagong-anyo ng kemikal na ang mga katawan ay maaaring makaakit o magtaboy.

Samakatuwid, ang kadakilaan na ipinagkaloob sa dalawang singil ng koryente ay katumbas ng pare-pareho ng daluyan kung saan ang mga de-koryenteng singil ay matatagpuan sa pagitan ng produkto ng bawat isa sa kanila at ang distansya na naghihiwalay sa kanila sa plaza.

Ang laki ng electrostatic na puwersa ay proporsyonal sa produkto ng magnitude ng mga singil q ₁ xq ₂. Ang puwersa ng electrostatic sa malapit na saklaw ay napakalakas.

Mga halimbawa ng Batas ni Coulomb

Nasa ibaba ang iba't ibang mga halimbawa ng ehersisyo kung saan ang Batas ng Coulomb ay dapat mailapat.

Halimbawa 1

Mayroon kaming dalawang singil sa kuryente, isa sa + 3c at isa sa -2c, na pinaghiwalay ng layo na 3m. Upang makalkula ang puwersa na umiiral sa pagitan ng parehong mga singil, kinakailangan upang maparami ang palagiang K sa pamamagitan ng produkto ng parehong mga singil. Tulad ng nakikita sa imahe, isang negatibong puwersa ang nakuha.

Ipinakita ang halimbawa ng kung paano ilapat ang batas ni Coulomb:

Halimbawa 2

Mayroon kaming singil ng 6 x 10 ^-6 C (q ₁) na 2m ang layo mula sa isang singil ng -4 x 10 ^-6 C (q ₂). Kaya ano ang kalakhan ng puwersa sa pagitan ng dalawang singil na ito?

a. Ang mga koepisyent ay dumami: 9 x 6 x 4 = 216.

b. Ang mga exponents ay idinagdag algebraically: -6 at -6 = -12. Ngayon -12 + 9 = -3.

Sagot: F = 54 x 10 ^-3 N.

Mga halimbawa ng ehersisyo

1. Mayroon kaming singil ng 3 x 10 ^-6 C (q ₁) at isa pang singil ng -8 x 10 ^-6 C (q ₂) sa layo na 2 m. Ano ang kadakilaan ng kaakit-akit na puwersa na umiiral sa pagitan ng dalawa?

Sagot: F = 54 X 10 ^-3 N.

2. Alamin ang puwersa na kumikilos sa pagitan ng dalawang singil sa kuryente 1 x 10 ^-6 C (q ₁) at isa pang singil ng 2.5 x 10 ^-6 C (q ₂), na nasa pahinga at sa vacuum sa layo 5 cm (tandaan na kumuha ng cm ng pagsunod sa International System ng mga sukat).

Sagot: F = 9 N.