K в электростатике чему равно: Закон Кулона | Объединение учителей Санкт-Петербурга

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:

Электростатика — Физика — Теория, тесты, формулы и задачи

Оглавление:

Основные теоретические сведения

Электрический заряд и его свойства

К оглавлению. ..

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая способность частиц или тел вступать в электромагнитные взаимодействия. Электрический заряд обычно обозначается буквами q или Q. В системе СИ электрический заряд измеряется в Кулонах (Кл). Свободный заряд в 1 Кл – это гигантская величина заряда, практически не встречающаяся в природе. Как правило, Вам придется иметь дело с микрокулонами (1 мкКл = 10–6 Кл), нанокулонами (1 нКл = 10–9 Кл) и пикокулонами (1 пКл = 10–12 Кл). Электрический заряд обладает следующими свойствами:

1. Электрический заряд является видом материи.

2. Электрический заряд не зависит от движения частицы и от ее скорости.

3. Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому. В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд.

4. Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными.

5. Все заряды взаимодействуют друг с другом. При этом одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. Силы взаимодействия зарядов являются центральными, то есть лежат на прямой, соединяющей центры зарядов.

6. Существует минимально возможный (по модулю) электрический заряд, называемый элементарным зарядом. Его значение:

e = 1,602177·10–19 Кл ≈ 1,6·10–19 Кл.

Электрический заряд любого тела всегда кратен элементарному заряду:

где: N – целое число. Обратите внимание, невозможно существование заряда, равного 0,5е; 1,7е; 22,7е и так далее. Физические величины, которые могут принимать только дискретный (не непрерывный) ряд значений, называются квантованными. Элементарный заряд e является квантом (наименьшей порцией) электрического заряда.

7. Закон сохранения электрического заряда. В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной:

Закон сохранения электрического заряда утверждает, что в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака.  Из закона сохранения заряда так же следует, если два тела одного размера и формы, обладающие зарядами q1 и q2 (совершенно не важно какого знака заряды), привести в соприкосновение, а затем обратно развести, то заряд каждого из тел станет равным:

С современной точки зрения, носителями зарядов являются элементарные частицы. Все обычные тела состоят из атомов, в состав которых входят положительно заряженные протоны, отрицательно заряженные электроны и нейтральные частицы – нейтроны. Протоны и нейтроны входят в состав атомных ядер, электроны образуют электронную оболочку атомов. Электрические заряды протона и электрона по модулю в точности одинаковы и равны элементарному (то есть минимально возможному) заряду e.

В нейтральном атоме число протонов в ядре равно числу электронов в оболочке. Это число называется атомным номером. Атом данного вещества может потерять один или несколько электронов, или приобрести лишний электрон. В этих случаях нейтральный атом превращается в положительно или отрицательно заряженный ион. Обратите внимание, что положительные протоны входят в состав ядра атома, поэтому их число может изменяться только при ядерных реакциях. Очевидно, что при электризации тел ядерных реакций не происходит. Поэтому в любых электрических явлениях число протонов не меняется, изменяется только число электронов. Так, сообщение телу отрицательного заряда означает передачу ему лишних электронов. А сообщение положительного заряда, вопреки частой ошибке, означает не добавление протонов, а отнимание электронов. Заряд может передаваться от одного тела к другому только порциями, содержащими целое число электронов.

Иногда в задачах электрический заряд распределен по некоторому телу. Для описания этого распределения вводятся следующие величины:

1. Линейная плотность заряда. Используется для описания распределения заряда по нити:

где: L – длина нити. Измеряется в Кл/м.

2. Поверхностная плотность заряда. Используется для описания распределения заряда по поверхности тела:

где: S – площадь поверхности тела. Измеряется в Кл/м2.

3. Объемная плотность заряда. Используется для описания распределения заряда по объему тела:

где: V – объем тела. Измеряется в Кл/м3.

Обратите внимание на то, что масса электрона равна:

me = 9,11∙10–31 кг.

Закон Кулона

К оглавлению…

Точечным зарядом называют заряженное тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь. На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:

Силы взаимодействия неподвижных точечных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:

где: ε – диэлектрическая проницаемость среды – безразмерная физическая величина, показывающая, во сколько раз сила электростатического взаимодействия в данной среде будет меньше, чем в вакууме (то есть во сколько раз среда ослабляет взаимодействие). Здесь k – коэффициент в законе Кулона, величина, определяющая численное значение силы взаимодействия зарядов. В системе СИ его значение принимается равным:

k = 9∙109 м/Ф.

Силы взаимодействия точечных неподвижных зарядов подчиняются третьему закону Ньютона, и являются силами отталкивания друг от друга при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения друг к другу 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, равномерно заряженных сфер и шаров. В этом случае за расстояния r берут расстояние между центрами сфер или шаров. На практике закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними. Коэффициент k в системе СИ иногда записывают в виде:

где: ε0 = 8,85∙10–12 Ф/м – электрическая постоянная.

Опыт показывает, что силы кулоновского взаимодействия подчиняются принципу суперпозиции: если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел.

Запомните также два важных определения:

Проводники – вещества, содержащие свободные носители электрического заряда. Внутри проводника возможно свободное движение электронов – носителей заряда (по проводникам может протекать электрический ток). К проводникам относятся металлы, растворы и расплавы электролитов, ионизированные газы, плазма.

Диэлектрики (изоляторы) – вещества, в которых нет свободных носителей заряда. Свободное движение электронов внутри диэлектриков невозможно (по ним не может протекать электрический ток). Именно диэлектрики обладают некоторой не равной единице диэлектрической проницаемостью ε.

Для диэлектрической проницаемости вещества верно следующее (о том, что такое электрическое поле чуть ниже):

Электрическое поле и его напряженность

К оглавлению…

По современным представлениям, электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждое заряженное тело создает в окружающем пространстве электрическое поле. Это поле оказывает силовое действие на другие заряженные тела. Главное свойство электрического поля – действие на электрические заряды с некоторой силой. Таким образом, взаимодействие заряженных тел осуществляется не непосредственным их воздействием друг на друга, а через электрические поля, окружающие заряженные тела.

Электрическое поле, окружающее заряженное тело, можно исследовать с помощью так называемого пробного заряда – небольшого по величине точечного заряда, который не вносит заметного перераспределения исследуемых зарядов. Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика — напряженность электрического поля E.

Напряженностью электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда:

Напряженность электрического поля – векторная физическая величина. Направление вектора напряженности совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд. Электрическое поле неподвижных и не меняющихся со временем зарядов называется электростатическим.

Для наглядного представления электрического поля используют силовые линии. Эти линии проводятся так, чтобы направление вектора напряженности в каждой точке совпадало с направлением касательной к силовой линии. Силовые линии обладают следующими свойствами.

  • Силовые линии электростатического поля никогда не пересекаются.
  • Силовые линии электростатического поля всегда направлены от положительных зарядов к отрицательным.
  • При изображении электрического поля с помощью силовых линий их густота должна быть пропорциональна модулю вектора напряженности поля.
  • Силовые линии начинаются на положительном заряде или бесконечности, а заканчиваются на отрицательном или бесконечности. Густота линий тем больше, чем больше напряжённость.
  • В данной точке пространства может проходить только одна силовая линия, т.к. напряжённость электрического поля в данной точке пространства задаётся однозначно.

Электрическое поле называют однородным, если вектор напряжённости одинаков во всех точках поля. Например, однородное поле создаёт плоский конденсатор – две пластины, заряженные равным по величине и противоположным по знаку зарядом, разделённые слоем диэлектрика, причём расстояние между пластинами много меньше размеров пластин.

Во всех точках однородного поля на заряд q, внесённый в однородное поле с напряжённостью E, действует одинаковая по величине и направлению сила, равная F = Eq. Причём, если заряд q положительный, то направление силы совпадает с направлением вектора напряжённости, а если заряд отрицательный, то вектора силы и напряжённости противоположно направлены.

Силовые линии кулоновских полей положительных и отрицательных точечных зарядов изображены на рисунке:

Принцип суперпозиции

К оглавлению…

Если с помощью пробного заряда исследуется электрическое поле, создаваемое несколькими заряженными телами, то результирующая сила оказывается равной геометрической сумме сил, действующих на пробный заряд со стороны каждого заряженного тела в отдельности. Следовательно, напряженность электрического поля, создаваемого системой зарядов в данной точке пространства, равна векторной сумме напряжённостей электрических полей, создаваемых в той же точке зарядами в отдельности:

Это свойство электрического поля означает, что поле подчиняется принципу суперпозиции. В соответствии с законом Кулона, напряженность электростатического поля, создаваемого точечным зарядом Q на расстоянии r от него, равна по модулю:

Это поле называется кулоновским. В кулоновском поле направление вектора напряженности зависит от знака заряда Q: если Q > 0, то вектор напряженности направлен от заряда, если Q < 0, то вектор напряженности направлен к заряду. Величина напряжённости зависит от величины заряда, среды, в которой находится заряд, и уменьшается с увеличением расстояния.

Напряженность электрического поля, которую создает заряженная плоскость вблизи своей поверхности:

Итак, если в задаче требуется определить напряженность поля системы зарядов, то надо действовать по следующему алгоритму:

  1. Нарисовать рисунок.
  2. Изобразить напряженность поля каждого заряда по отдельности в нужной точке. Помните, что напряженность направлена к отрицательному заряду и от положительного заряда.
  3. Вычислить каждую из напряжённостей по соответствующей формуле.
  4. Сложить вектора напряжённостей геометрически (т.е. векторно).

Потенциальная энергия взаимодействия зарядов

К оглавлению…

Электрические заряды взаимодействуют друг с другом и с электрическим полем. Любое взаимодействие описывается потенциальной энергией. Потенциальная энергия взаимодействия двух точечных электрических зарядов рассчитывается по формуле:

Обратите внимание на отсутствие модулей у зарядов. Для разноименных зарядов энергия взаимодействия имеет отрицательное значение. Такая же формула справедлива и для энергии взаимодействия равномерно заряженных сфер и шаров. Как обычно, в этом случае расстояние r измеряется между центрами шаров или сфер. Если же зарядов не два, а больше, то энергию их взаимодействия следует считать так: разбить систему зарядов на все возможные пары, рассчитать энергию взаимодействия каждой пары и просуммировать все энергии для всех пар.

Задачи по данной теме решаются, как и задачи на закон сохранения механической энергии: сначала находится начальная энергия взаимодействия, потом конечная. Если в задаче просят найти работу по перемещению зарядов, то она будет равна разнице между начальной и конечной суммарной энергией взаимодействия зарядов. Энергия взаимодействия так же может переходить в кинетическую энергию или в другие виды энергии. Если тела находятся на очень большом расстоянии, то энергия их взаимодействия полагается равной 0.

Обратите внимание: если в задаче требуется найти минимальное или максимальное расстояние между телами (частицами) при движении, то это условие выполнится в тот момент времени, когда частицы движутся в одну сторону с одинаковой скоростью. Поэтому решение надо начинать с записи закона сохранения импульса, из которого и находится эта одинаковая скорость. А далее следует писать закон сохранения энергии с учетом кинетической энергии частиц во втором случае.

Потенциал.

Разность потенциалов. Напряжение

К оглавлению…

Электростатическое поле обладает важным свойством: работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда.

Следствием независимости работы от формы траектории является следующее утверждение: работа сил электростатического поля при перемещении заряда по любой замкнутой траектории равна нулю.

Свойство потенциальности (независимости работы от формы траектории) электростатического поля позволяет ввести понятие потенциальной энергии заряда в электрическом поле. А физическую величину, равную отношению потенциальной энергии электрического заряда в электростатическом поле к величине этого заряда, называют потенциалом φ электрического поля:

Потенциал φ является энергетической характеристикой электростатического поля. В Международной системе единиц (СИ) единицей потенциала (а значит и разности потенциалов, т. е. напряжения) является вольт [В]. Потенциал — скалярная величина.

Во многих задачах электростатики при вычислении потенциалов за опорную точку, где значения потенциальной энергии и потенциала обращаются в ноль, удобно принять бесконечно удаленную точку. В этом случае понятие потенциала может быть определено следующим образом: потенциал поля в данной точке пространства равен работе, которую совершают электрические силы при удалении единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность.

Вспомнив формулу для потенциальной энергии взаимодействия двух точечных зарядов и разделив ее на величину одного из зарядов в соответствии с определением потенциала получим, что потенциал φ поля точечного заряда Q на расстоянии r от него относительно бесконечно удаленной точки вычисляется следующим образом:

Потенциал рассчитанный по этой формуле может быть положительным и отрицательным в зависимости от знака заряда создавшего его. Эта же формула выражает потенциал поля однородно заряженного шара (или сферы) при r ≥ R (снаружи от шара или сферы), где R – радиус шара, а расстояние r отсчитывается от центра шара.

Для наглядного представления электрического поля наряду с силовыми линиями используют эквипотенциальные поверхности. Поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью или поверхностью равного потенциала. Силовые линии электрического поля всегда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям. Эквипотенциальные поверхности кулоновского поля точечного заряда – концентрические сферы.

Электрическое напряжение это просто разность потенциалов, т.е. определение электрического напряжения может быть задано формулой:

В однородном электрическом поле существует связь между напряженностью поля и напряжением:

Работа электрического поля может быть вычислена как разность начальной и конечной потенциальной энергии системы зарядов:

Работа электрического поля в общем случае может быть вычислена также и по одной из формул:

В однородном поле при перемещении заряда вдоль его силовых линий работа поля может быть также рассчитана по следующей формуле:

В этих формулах:

  • φ – потенциал электрического поля.
  • ∆φ – разность потенциалов.
  • W – потенциальная энергия заряда во внешнем электрическом поле.
  • A – работа электрического поля по перемещению заряда (зарядов).
  • q – заряд, который перемещают во внешнем электрическом поле.
  • U – напряжение.
  • E – напряженность электрического поля.
  • d или ∆l – расстояние на которое перемещают заряд вдоль силовых линий.

Во всех предыдущих формулах речь шла именно о работе электростатического поля, но если в задаче говорится, что «работу надо совершить», или идет речь о «работе внешних сил», то эту работу следует считать так же, как и работу поля, но с противоположным знаком.

Принцип суперпозиции потенциала

Из принципа суперпозиции напряженностей полей, создаваемых электрическими зарядами, следует принцип суперпозиции для потенциалов (при этом знак потенциала поля зависит от знака заряда, создавшего поле):

Обратите внимание, насколько легче применять принцип суперпозиции потенциала, чем напряженности. Потенциал – скалярная величина, не имеющая направления. Складывать потенциалы – это просто суммировать численные значения.

Электрическая емкость. Плоский конденсатор

К оглавлению…

При сообщении проводнику заряда всегда существует некоторый предел, более которого зарядить тело не удастся. Для характеристики способности тела накапливать электрический заряд вводят понятие электрической емкости. Емкостью уединенного проводника называют отношение его заряда к потенциалу:

В системе СИ емкость измеряется в Фарадах [Ф]. 1 Фарад – чрезвычайно большая емкость. Для сравнения, емкость всего земного шара значительно меньше одного фарада. Емкость проводника не зависит ни от его заряда, ни от потенциала тела. Аналогично, плотность не зависит ни от массы, ни от объема тела. Емкость зависит лишь от формы тела, его размеров и свойств окружающей его среды.

Электроемкостью системы из двух проводников называется физическая величина, определяемая как отношение заряда q одного из проводников к разности потенциалов Δφ между ними:

Величина электроемкости проводников зависит от формы и размеров проводников и от свойств диэлектрика, разделяющего проводники. Существуют такие конфигурации проводников, при которых электрическое поле оказывается сосредоточенным (локализованным) лишь в некоторой области пространства. Такие системы называются конденсаторами, а проводники, составляющие конденсатор, называются обкладками.

Простейший конденсатор – система из двух плоских проводящих пластин, расположенных параллельно друг другу на малом по сравнению с размерами пластин расстоянии и разделенных слоем диэлектрика. Такой конденсатор называется плоским. Электрическое поле плоского конденсатора в основном локализовано между пластинами.

Каждая из заряженных пластин плоского конденсатора создает вблизи своей поверхности электрическое поле, модуль напряженности которого выражается соотношением уже приводившимся выше. Тогда модуль напряженности итогового поля внутри конденсатора, создаваемого двумя пластинами, равен:

За пределами конденсатора, электрические поля двух пластин направлены в разные стороны, и поэтому результирующее электростатическое поле E = 0.  Электроёмкость плоского конденсатора может быть рассчитана по формуле:

Таким образом, электроемкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади пластин (обкладок) и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Если пространство между обкладками заполнено диэлектриком, электроемкость конденсатора увеличивается в ε раз. Обратите внимание, что S в этой формуле есть площадь только одной обкладки конденсатора. Когда в задаче говорят о «площади обкладок», то имеют в виду именно эту величину. На 2 умножать или делить её не надо никогда.

Еще раз приведем формулу для заряда конденсатора. Под зарядом конденсатора понимают только заряд его положительной обкладки:

Сила притяжения пластин конденсатора. Сила, действующая на каждую обкладку, определяется не полным полем конденсатора, а полем, созданным противоположной обкладкой (сама на себя обкладка не действует). Напряженность этого поля равна половине напряженности полного поля, и сила взаимодействия пластин:

Энергия конденсатора. Ее же называют энергией электрического поля внутри конденсатора. Опыт показывает, что заряженный конденсатор содержит запас энергии. Энергия заряженного конденсатора равна работе внешних сил, которую необходимо затратить, чтобы зарядить конденсатор. Существует три эквивалентные формы записи формулы для энергии конденсатора (они следуют одна из другой если воспользоваться соотношением q = CU):

Особое внимание обращайте на фразу: «Конденсатор подключён к источнику». Это означает, что напряжение на конденсаторе не изменяется. А фраза «Конденсатор зарядили и отключили от источника» означает, что заряд конденсатора не изменится.

Энергия электрического поля

Электрическую энергию следует рассматривать как потенциальную энергию, запасенную в заряженном конденсаторе. По современным представлениям, электрическая энергия конденсатора локализована в пространстве между обкладками конденсатора, то есть в электрическом поле. Поэтому ее называют энергией электрического поля. Энергия заряженных тел сосредоточена в пространстве, в котором есть электрическое поле, т.е. можно говорить об энергии электрического поля. Например, у конденсатора энергия сосредоточена в пространстве между его обкладками. Таким образом, имеет смысл ввести новую физическую характеристику – объёмную плотность энергии электрического поля. На примере плоского конденсатора, можно получить такую формулу для объёмной плотности энергии (или энергии единицы объёма электрического поля):

Соединения конденсаторов

К оглавлению…

Параллельное соединение конденсаторов – для увеличения ёмкости. Конденсаторы соединены одноименно заряженными обкладками, как бы увеличивая площадь одинаково заряженных пластин. Напряжение на всех конденсаторах одинаковое, общий заряд равен сумме зарядов каждого из конденсаторов, и общая ёмкость также равна сумме емкостей всех конденсаторов соединенных параллельно. Выпишем формулы для параллельного соединения конденсаторов:

При последовательном соединении конденсаторов общая ёмкость батареи конденсаторов всегда меньше, чем ёмкость наименьшего конденсатора, входящего в батарею. Применяется последовательное соединение для увеличения напряжения пробоя конденсаторов. Выпишем формулы для последовательного соединения конденсаторов. Общая емкость последовательно соединенных конденсаторов находится из соотношения:

Из закона сохранения заряда следует, что заряды на соседних обкладках равны:

Напряжение равно сумме напряжений на отдельных конденсаторах.

Для двух последовательно соединённых конденсаторов формула выше даст нам следующее выражение для общей емкости:

Для N одинаковых последовательно соединённых конденсаторов:

Проводящая сфера

К оглавлению…

Напряженность поля внутри заряженного проводника равна нулю. В противном случае на свободные заряды внутри проводника действовала бы электрическая сила, которая вынуждала бы эти заряды двигаться внутри проводника. Это движение, в свою очередь, приводило бы к разогреванию заряженного проводника, чего на самом деле не происходит.

Факт того, что внутри проводника нет электрического поля можно понять и по-другому: если бы оно было то заряженные частицы опять таки двигались бы, причем они бы двигались именно так, чтобы свести это поле к нолю своим собственным полем, т.к. вообще-то двигаться им не хотелось бы, ведь всякая система стремится к равновесию. Рано или поздно все двигавшиеся заряды остановились бы именно в том месте, чтобы поле внутри проводника стало равно нолю.

На поверхности проводника напряжённость электрического поля максимальна. Величина напряжённости электрического поля заряженного шара за его пределами убывает по мере удаления от проводника и рассчитывается по формуле, аналогичной формулам для напряженности поля точечного заряда, в которой расстояния отсчитываются от центра шара.

Так как напряженность поля внутри заряженного проводника равна нулю, то потенциал во всех точках внутри и на поверхности проводника одинаков (только в этом случае разность потенциалов, а значит и напряжённость равна нулю). Потенциал внутри заряженного шара равен потенциалу на поверхности. Потенциал за пределами шара вычисляется по формуле, аналогичной формулам для потенциала точечного заряда, в которой расстояния отсчитываются от центра шара.

Электрическая емкость шара радиуса R:

Если шар окружен диэлектриком, то:

Свойства проводника в электрическом поле

К оглавлению…

  1. Внутри проводника напряженность поля всегда равна нулю.
  2. Потенциал внутри проводника во всех точках одинаков и равен потенциалу поверхности проводника. Когда в задаче говорят, что «проводник заряжен до потенциала … В», то имеют в виду именно потенциал поверхности.
  3. Снаружи от проводника вблизи от его поверхности напряженность поля всегда перпендикулярна поверхности.
  4. Если проводнику сообщить заряд, то он весь распределится по очень тонкому слою вблизи поверхности проводника (обычно говорят, что весь заряд проводника распределяется на его поверхности). Это легко объясняется: дело в том, что сообщая заряд телу, мы передаем ему носители заряда одного знака, т.е. одноименные заряды, которые отталкиваются. А значит они будут стремиться разбежаться друг от друга на максимальное расстояние из всех возможных, т.е. скопятся у самых краев проводника. Как следствие, если из проводника удалить сердцевину, то его электростатические свойства никак не изменятся.
  5. Снаружи проводника напряженность поля тем больше, чем кривее поверхность проводника. Максимальное значение напряженности достигается вблизи остриев и резких изломов поверхности проводника.

Замечания к решению сложных задач

К оглавлению…

1. Заземление чего-либо означает соединение проводником данного объекта с Землей. При этом потенциалы Земли и имеющегося объекта выравниваются, а необходимые для этого заряды перебегают по проводнику с Земли на объект либо наоборот. При этом нужно учитывать несколько факторов, которые следуют из того, что Земля несоизмеримо больше любого объекта находящегося не ней:

  • Общий заряд Земли условно равен нолю, поэтому ее потенциал также равен нолю, и он останется равным нолю после соединения объекта с Землей. Одним словом, заземлить – означает обнулить потенциал объекта.
  • Для обнуления потенциала (а значит и собственного заряда объекта, который мог быть до этого как положительным так и отрицательным), объекту придется либо принять либо отдать Земле некоторый (возможно даже очень большой) заряд, и Земля всегда сможет обеспечить такую возможность.

2. Еще раз повторимся: расстояние между отталкивающимися телами минимально в тот момент, когда их скорости становятся равны по величине и направлены в одну сторону (относительная скорость зарядов равна нулю). В этот момент потенциальная энергия взаимодействия зарядов максимальна. Расстояние между притягивающимися телами максимально, также в момент равенства скоростей, направленных в одну сторону.

3. Если в задаче имеется система, состоящая из большого количества зарядов, то необходимо рассматривать и расписывать силы, действующие на заряд, который не находится в центре симметрии.

Кулоновская постоянная — Coulomb constant

константа пропорциональности в уравнениях электродинамики

Значение k Единицы
8,987 551 7923 (14) × 10 9 Н · м 2 / C 2
14,3996 эВ · Å · e −2
10 −7 ( Н · с 2 / C 2 ) c 2

Постоянная Кулона , то постоянная электрическая сила , или электростатическое константа (обозначается к е , к или К ) представляет собой коэффициент пропорциональности в электростатики уравнений. {2}}} \ mathbf {\ hat {e}} _ {r}}

где ê r — единичный вектор в r -направлении. В СИ :

k е знак равно 1 4 π ε 0 , {\ displaystyle k _ {\ text {e}} = {\ frac {1} {4 \ pi \ varepsilon _ {0}}},}

где — диэлектрическая проницаемость вакуума . Эта формула может быть получена из закона Гаусса ,
ε 0 {\ displaystyle \ varepsilon _ {0}}

S {\ displaystyle {\ scriptstyle S}} E ⋅ d А знак равно Q ε 0 {\ displaystyle \ mathbf {E} \ cdot {\ rm {d}} \ mathbf {A} = {\ frac {Q} {\ varepsilon _ {0}}}}

Если взять этот интеграл для сферы радиуса r , центрированной на точечном заряде, электрическое поле направлено радиально наружу и перпендикулярно дифференциальному элементу поверхности на сфере с постоянной величиной для всех точек на сфере.

S {\ displaystyle {\ scriptstyle S}} E ⋅ d А знак равно | E | ∫ S d А знак равно | E | × 4 π р 2 {\ Displaystyle \ mathbf {E} \ cdot {\ rm {d}} \ mathbf {A} = | \ mathbf {E} | \ int _ {S} dA = | \ mathbf {E} | \ times 4 \ pi г ^ {2}}

Учитывая, что E = F / q для некоторого тестового заряда q ,

F знак равно 1 4 π ε 0 Q q р 2 е ^ р знак равно k е Q q р 2 е ^ р ∴ k е знак равно 1 4 π ε 0 {\ displaystyle {\ begin {align} \ mathbf {F} & = {\ frac {1} {4 \ pi \ varepsilon _ {0}}} {\ frac {Qq} {r ^ {2}}} \ mathbf {\ hat {e}} _ {r} = k _ {\ text {e}} {\ frac {Qq} {r ^ {2}}} \ mathbf {\ hat {e}} _ {r} \\ [ 8pt] \ поэтому k _ {\ text {e}} & = {\ frac {1} {4 \ pi \ varepsilon _ {0}}} \ end {align}}}

Также обратите внимание, что это закон обратных квадратов , и поэтому он похож на многие другие научные законы, начиная от гравитационного притяжения и заканчивая ослаблением света. {2}}}}

В некоторых современных системах единиц кулоновская постоянная k e имеет точное числовое значение; в гауссовых единицах k e = 1 , в единицах Лоренца – Хевисайда (также называемых рационализированными ) k e = 1 / 4π . Это было ранее справедливо в SI , когда вакуумная проницаемость была определена как ц 0 = 4 π × 10 — 7 H ⋅m -1 . Вместе со скоростью света в вакууме c , определяемой как 299 792 458  м / с , то вакуумная диэлектрическая проницаемость е 0 можно записать в виде 1 / μ 0 с 2 , что дало точное значение

k е знак равно 1 4 π ε 0 знак равно c 2 μ 0 4 π знак равно c 2 × ( 10 — 7   ЧАС ⋅ м — 1 ) знак равно 8,987   551   787   368   1764 × 10 9   N ⋅ м 2 ⋅ C — 2 . {\ displaystyle {\ begin {align} k _ {\ text {e}} = {\ frac {1} {4 \ pi \ varepsilon _ {0}}} = {\ frac {c ^ {2} \ mu _ { 0}} {4 \ pi}} & = c ^ {2} \ times (10 ^ {- 7} \ \ mathrm {H {\ cdot} m} ^ {- 1}) \\ & = 8. {2}}} \ mathbf {\ hat {r}} _ {i}.}

Смотрите также

Рекомендации

<img src=»https://en.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1×1″ alt=»» title=»»>

Закон Кулона. Точечный заряд.

Силы электростатического взаимодействия зависят от формы и размеров наэлектризованных тел,
а также от характера распределения заряда на этих телах. В некоторых случаях можно
пренебречь формой и размерами заряженных тел и считать, что каждый заряд сосредоточен в
одной точке. Точечный заряд – это
электрический заряд, когда размер тела,
на котором этот заряд сосредоточен, намного меньше расстояния между заряженными телами.
Приближённо точечные заряды можно получить на опыте, заряжая, например, достаточно
маленькие шарики.

Взаимодействие двух покоящихся точечных зарядов определяет основной закон электростатики –
закон Кулона. Этот закон экспериментально установил в 1785 году французский
физик Шарль Огюстен Кулон (1736 – 1806). Формулировка закона Кулона следующая:

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональная произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Эта сила взаимодействия называется кулоновская сила, и
формула закона Кулона будет следующая:

F = k · (|q1| · |q2|) / r2

где |q1|, |q2| – модули зарядов,
r – расстояния между зарядами,
k – коэффициент пропорциональности.

Коэффициент k в СИ принято записывать в форме:

k = 1 / (4πε0ε)

где ε0 = 8,85 * 10-12 Кл/Н*м2 – электрическая постоянная,
ε – диэлектрическая проницаемость среды.

Для вакуума ε = 1, k = 9 * 109 Н*м/Кл2.

Сила взаимодействия неподвижных точечных зарядов в вакууме:

F = [1 /(4πε0)] · [(|q1| · |q2|) / r2]

Если два точечных заряда помещены в диэлектрик и расстояние от этих зарядов до границ
диэлектрика значительно больше расстояния между зарядами, то сила взаимодействия между ними равна:

F = [1 /(4πε0)] · [(|q1| · |q2|) / r2] =
k · (1 /π) · [(|q1| · |q2|) / r2]

Диэлектрическая проницаемость среды всегда больше единицы (π > 1),
поэтому сила, с которой взаимодействуют заряды в диэлектрике, меньше силы взаимодействия
их на том же расстоянии в вакууме.

Силы взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел направлены вдоль прямой,
соединяющей эти тела (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Силы взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел.

Кулоновские силы, как и гравитационные силы, подчиняются третьему закону Ньютона:

F1,2 = -F2,1

Кулоновская сила является центральной силой. Как показывает
опыт,
одноимённые заряженные тела отталкиваются, разноимённо заряженные тела притягиваются.

Вектор силы F2,1, действующей со стороны второго заряда на первый, направлен
в сторону второго заряда, если заряды разных знаков, и в противоположную, если заряды
одного знака (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Взаимодействие разноименных и одноименных электрических зарядов.

Электростатические силы отталкивания принято считать положительными,
силы притяжения – отрицательными. Знаки сил взаимодействия соответствуют
закону Кулона: произведение одноимённых зарядов является положительным числом,
и сила отталкивания имеет положительный знак. Произведение разноимённых зарядов
является отрицательным числом, что соответствует знаку силы притяжения.

В опытах Кулона измерялись силы взаимодействия заряженных шаров, для чего
применялись крутильные весы (рис. 1.10). На тонкой серебряной нити подвешена лёгкая
стеклянная палочка с, на одном конце которой закреплён металлический шарик а,
а на другом противовес d. Верхний конец нити закреплён на вращающейся головке прибора е,
угол поворота которой можно точно отсчитывать. Внутри прибора имеется такого же
размера металлический шарик b, неподвижно закреплённый на крышке весов.
Все части прибора помещены в стеклянный цилиндр, на поверхности которого нанесена шкала,
позволяющая определить расстояние между шариками a и b при различных их положениях.

Рис. 1.10. Опыт Кулона (крутильные весы).

При сообщении шарикам одноимённых зарядов они отталкиваются друг от друга.
При этом упругую нить закручивают на некоторый угол, чтобы удержать шарики на фиксированном
расстоянии. По углу закручивания нити и определяют силу взаимодействия шариков в
зависимости от расстояния между ними. Зависимость силы взаимодействия от величины
зарядов можно установить так: сообщить каждому из шариков некоторый заряд,
установить их на определённом расстоянии и измерить угол закручивания нити.
Затем надо коснуться одного из шариков таким же по величине заряженным шариком,
изменяя при этом его заряд, так как при соприкосновении равных по величине
тел заряд распределяется между ними поровну. Для сохранения между шариками
прежнего расстояния необходимо изменить угол закручивания нити, а следовательно,
и определить новое значение силы взаимодействия при новом заряде.

Закон Кулона

Публикации по материалам Д. Джанколи. «Физика в двух томах» 1984 г. Том 2.


Между электрическими зарядами действует сила. Как она зависит от величины зарядов и других факторов?

Этот вопрос исследовал в 1780-е годы французский физик Шарль Кулон (1736-1806). Он воспользовался
крутильными весами, очень похожими на те, которые применял Кавендиш для определения гравитационной постоянной.

Если к шарику на конце стержня, подвешенного на нити, подности заряд, стержень слегка отклоняется, нить закручивается,
и угол поворота нити будет пропорционален действующей между зарядами силе (крутильные весы).
С помощью этого прибора Кулон определил зависимость силы от величины зарядов и расстояния между ними.


В те времена еще не было приборов для точного определения величины заряда, но
Кулон сумел приготовить небольшие шарики с известным соотношением зарядов.
Если заряженный проводящий шарик, рассуждал он, привести в соприкосновение с точно таким же незаряженным шариком,
то имевшийся на первом заряд в силу симметрии распределится поровну между двумя шариками.

Это дало ему возможность получать заряды, составлявшие 1/2, 1/4 и т.д. от первоначального.

Несмотря на некоторые трудности, связанные с индуцированием зарядов, Кулону удалось доказать, что сила,
с которой одно заряженное тело действует на другое малое заряженное тело, прямо пропорциональна электрическому заряду каждого из них.
Другими словами, если заряд любого из этих тел удвоить, то удвоится и сила;
если же удвоить одновременно заряды обоих тел, то сила станет вчетверо больше. Это справедливо при условии, что расстояние
между телами остается постоянным.

Изменяя расстояние между телами, Кулон обнаружил, что действующая между ними сила обратно пропорциональна квадрату
расстояния: если расстояние, скажем, удваивается, сила становится вчетверо меньше.

Итак, заключил Кулон, сила, с которой одно малое заряженное тело (в идеальном случае -точечный заряд, т.е. тело, подобно материальной
точке не имеющее пространственных размеров) действует на другое заряженное тело, пропорциональна
произведению их зарядов Q1 и Q2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:


Здесь k -коэффициент пропорциональности.

Это соотношение известно как закон Кулона; его справедливость подтверждена тщательными экспериментами,
гораздо более точными, чем первоначальные трудно воспроизводимые опыты Кулона.
Показатель степени 2 установлен в настоящее время с точностью 10-16, т.е. он равен
2 ± 2?10-16.


Коль скоро мы теперь имеем дело с новой величиной — электрическим зарядом, мы можем подобрать такую единицу измерения,
чтобы постоянная к в формуле равнялась единице.
И действительно, такая система единиц еще недавно широко использовалась в физике.


Речь идет о системе СГС (сантиметр-грамм-секунда), в которой используется электростатическая единица заряда СГСЭ. По определению два малых тела, каждое с зарядом 1 СГСЭ, расположенные на расстоянии 1 см друг от друга, взаимодействуют с силой 1 дина.



Теперь, однако, заряд чаще всего выражают в системе СИ, где его единицей является кулон (Кл).

Точное определение кулона через электрический ток и магнитное поле мы приведем позднее.

В системе СИ постоянная k имеет величину k = 8,988?109 Нм2/Кл2.


Заряды, возникающие при электризации трением обычных предметов (расчески, пластмассовой линейки и т.п.),
по порядку величины составляют микрокулон и меньше (1 мкКл = 10-6 Кл).

Заряд электрона (отрицательный) приблизительно равен 1,602?10-19 Кл.
Это наименьший известный заряд; он имеет фундаментальное значение и обозначается символом е, его часто называют элементарным зарядом.
е = (1,6021892 ± 0,0000046)?10-19 Кл, или е ? 1,602?10-19 Кл.



Поскольку тело не может приобрести или потерять долю электрона, суммарный заряд тела должен быть целым
кратным элементарного заряда. Говорят, что заряд квантуется (т.е. может принимать лишь дискретные
значения). Однако, поскольку заряд электрона е очень мал, мы обычно не замечаем дискретности макроскопических
зарядов (заряду 1 мкКл соответствуют примерно 1013 электронов) и считаем заряд непрерывным.


Формула Кулона характеризует силу, с которой один заряд действует на другой. Эта сила направлена вдоль линии, соединяющей заряды.
Если знаки зарядов одинаковы, то силы, действующие на заряды, направлены в противоположные стороны.
Если же знаки зарядов различны, то действующие на заряды силы направлены навстречу друг другу.

Заметим, что в соответствии с третьим законом Ньютона сила, с которой один заряд действует на другой,
равна по величине и противоположна по направлению силе, с которой второй заряд действует на первый.

Закон Кулона можно записать в векторной форме подобно закону всемирного тяготения Ньютона:


где F12 — вектор силы, действующей на заряд Q1 со стороны заряда Q2,
— расстояние между зарядами,
— единичный вектор, направленный от Q2 к Q1.

Следует иметь в виду, что формула применима лишь к телам, расстояние между которыми значительно больше их собственных размеров.
В идеальном случае это точечные заряды. Для тел конечного размера не всегда ясно, как отсчитывать расстояние r между ними, тем
более что распределение заряда может быть и неоднородным.
Если оба тела — сферы с равномерным распределением заряда, то r означает расстояние между центрами сфер.
Важно также понимать, что формула определяет силу, действующую на данный заряд со стороны единственного заряда.
Если система включает несколько (или много) заряженных тел, то результирующая сила, действующая на данный заряд,
будет равнодействующей (векторной суммой) сил, действующих со стороны остальных зарядов.

Постоянная к в формуле Закона Кулона обычно выражается через другую константу, ?0, так называемую
электрическую постоянную, которая связана с k соотношением k = 1/(4??0).
С учетом этого закон Кулона можно переписать в следующем виде:


где с наивысшей на сегодня точностью


или округленно


Запись большинства других уравнений электромагнитной теории упрощается при использовании ?0,
поскольку 4? в окончательном результате часто сокращается. Поэтому мы будем обычно использовать Закон Кулона, считая, что:


Закон Кулона описывает силу, действующую между двумя покоящимися зарядами. Когда заряды движутся, между ними возникают дополнительные силы, и их мы обсудим в последующих главах. Здесь же рассматриваются только покоящиеся заряды; этот раздел учения об электричестве называется электростатикой.

Продолжение следует. Коротко о следующей публикации:

Электрическое поле


Электрическое поле — один из двух компонентов электромагнитного поля, представляющий собой векторное поле, существующее вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, либо возникающий при изменении магнитного поля.


Альтернативные статьи: Электрический ток, Закон ома.


Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Основной закон электростатики. Решение задач

Основной закон электростатики – это закон, который описывает силы взаимодействия между точечными электрическими зарядами.

Основной закон электростатики открыл Шарль Кулон в 1785 году.

В случае, когда расстояние между телами намного больше их размеров, форма и размеры заряженных тел не оказывают существенного влияния на взаимодействие между ними. И тогда заряженные тела считаются точечными зарядами.

Закон Кулона. Сила взаимодействия двух точечных зарядов прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.Такая сила называется кулоновской.

Закон Кулона можно записать в следующем виде:

где k – коэффициент пропорциональности, численно равный силе взаимодействия единичных зарядов на расстоянии, равном единице длины; |q1| и |q2| – модули зарядов, r – расстояние между зарядами.

Легко заметить, что два заряженных шарика, подвешенные на нитях, будут либо притягиваться, либо отталкиваться друг от друга. Следовательно, силы взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов направлены вдоль прямой, соединяющей эти заряды:

В соответствии с третьим законом Ньютона F->1,2 = -F->2,1.

Единицей заряда является кулон. В Международной системе единиц (СИ) единица заряда не основная, она является производной. В качестве основной единицы электрических величин в СИ  введена единица силы тока – ампер.

Единица заряда в СИ – кулон устанавливается при помощи единицы силы тока. 1 Кл – заряд, который за 1 с проходит через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А.

Элементарный электрический заряд  e = 1,6 · 10-19 Кл.

Примеры решения задач на применение закона Кулона.

Задача 1.

Сколько электронов содержится в капле воды массой m = 0,03 г? Масса молекулы воды m0 = 3 · 10-23 г. 

Решение.

Молекула воды (H2O) содержит 10 электронов. Капля воды содержит m/m0 = 1021 молекул. Из этого следует, что в капле воды содержится 1022 электронов.

Ответ. 1022 электронов.

Задача 2.

Два одинаковых шарика подвешены на нитях, длина которых l = 2, 0 м к одной точке. Шарики разошлись на расстояние r = 16 см, когда им сообщили одинаковые заряды по  q = 2,0 · 10-8 Кл. Определите натяжение каждой нити.

 Решение.

Каждый шарик находится под действием трех сил: силы тяжести mg->, силы упругости Fупр->нити  и кулоновской силы F->. (см. рис.)

Шарик неподвижен, из этого следует, суммы проекций сил на оси ОХ и OY равны нулю. Для суммы проекций сил на ось OX это условие имеет вид

F – Fупр sin a + mg cos 900 = 0

Т.к. sin a = r /2l и F = kq2 / r2, то Fупр = F / sin a = F2l / r = k · q22l / r2

Fупр ≈ 3,5 · 10-3 H.

© blog.tutoronline.ru,
при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Закон Кулона

Закон Кулона количественно описывает взаимодействие заряженных тел. Он является фундаментальным законом, то есть установлен при помощи эксперимента и не следует ни из какого другого закона природы. Он сформулирован для неподвижных точечных зарядов в вакууме. В реальности точечных зарядов не существует, но такими можно считать заряды, размеры которых значительно меньше расстояния между ними. Сила взаимодействия в воздухе почти не отличается от силы взаимодействия в вакууме (она слабее менее чем на одну тысячную).



Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.

Впервые закон взаимодействия неподвижных зарядов был открыт французским физиком Ш. Кулоном в 1785 г. В опытах Кулона измерялось взаимодействие между шариками, размеры которых много меньше расстояния между ними. Такие заряженные тела принято называть точечными зарядами.

На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:



Сила взаимодействия двух неподвижных точечных электрических зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению их модулей и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.9 \) — Коэффициент пропорциональности в законе Кулона


Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона: \( \vec{F}_{12}=\vec{F}_{21} \) . Они являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках.


Электрический заряд обычно обозначается буквами q или Q.

Совокупность всех известных экспериментальных фактов позволяет сделать следующие выводы:

  • Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными.

  • Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому. В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд.

  • Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. В этом также проявляется принципиальное отличие электромагнитных сил от гравитационных. Гравитационные силы всегда являются силами притяжения.

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.



Отметим, чтоб выполнялся закон Кулона необходимо 3 условия:

  • Точечность зарядов — то есть расстояние между заряженными телами много больше их размеров.
  • Неподвижность зарядов. Иначе вступают в силу дополнительные эффекты: магнитное поле движущегося заряда и соответствующая ему дополнительная сила Лоренца, действующая на другой движущийся заряд .
  • Взаимодействие зарядов в вакууме.

В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон (Кл).


Кулон – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А. Единица силы тока (Ампер) в СИ является наряду с единицами длины, времени и массы основной единицей измерения.

В вашем браузере отключен Javascript.
Чтобы произвести расчеты, необходимо разрешить элементы ActiveX!Больше интересного в телеграм @calcsbox

Electric Field — The Physics Hypertextbook

Обсуждение

введение

Немного текста и некоторых диаграмм. Электрическое поле как векторное поле.

И еще схемы. Электрическое поле как силовые линии.

И, может быть, немного математики. В классической теории поля напряженность поля в точке — это нормированное значение поля. Другими словами…

поле = сила
количество

Для электричества это становится…

Для его блока нет специального названия, и он не сводится к чему-то более простому.



N = кг м / с 2 = кг м

С А с А с 3

Позже мы увидим, что это эквивалентно…



N = В

С м

Некоторые значения…

Для точечных начислений…

E = 1 q руб. или E = k q руб.
4πε 0 р 2 р 2

Для многоточечных зарядов…

E = 1 dq руб. или E = k ∑ dq руб.
4πε 0 р 2 р 2

Для непрерывного распределения заряда…

E = 1
dq руб. или E = k
dq руб.
4πε 0 р 2 р 2

Электричество — Закон Кулона — Физика 299

Электричество — Закон Кулона — Физика 299

«Когда человек хотел создать машину, которая
ходить
он создал колесо, не похожее на ногу »
Гийом Аполлинер

  • Величина силы притяжения (или отталкивания), F 12
    между двумя точечными зарядами q 1 и q 2 составляет
    дается законом Кулона.
  • , где R 12 — расстояние между
    обвинения. k — константа пропорциональности, известная как кулоновская
    константа, имеющая значение 9 x
    10 9 Н-м 2 / C 2 дюйм
    вакуум.

    Обратите внимание, что кулоновская постоянная k равна
    часто заменяется на (1 / 4π ε 0 ), где
    ε 0 — диэлектрическая проницаемость вакуума (подробнее позже).

  • Направление этой силы — вдоль линии, соединяющей два
    обвинения
    со смыслом, определяемым относительными знаками зарядов
  • Обратите внимание, что сила, действующая на каждый заряд, имеет одинаковую величину (как
    требуется третьим законом движения Ньютона).
  • Для двух 1 кулоновских зарядов, разделенных 1 метром,
    величина
    силы определяется выражением,

    F = (9 x 10 9 x 1 x 1) / 1 = 9 x 10 9
    Ньютоны

    Это очень большая сила (достаточная для
    переместить Mt. Эверест с ускорением 1см / с 2 ). В
    Кулон
    очень большой агрегат . Типичные макроскопические заряды
    измеряются в микрокулонах (10 -6 C).

  • Чтобы справиться с ситуациями с более чем одним зарядом, обвинения должны
    рассматриваться попарно, так что общая сила на одном заряде будет
    векторная сумма силы
    из-за каждого из других обвинений.Например сила на q 1
    за счет всех прочих расходов q 2 , q 3 , q 4
    было бы
    быть
    дано
    по,

Факс 1 = Факс 21 +
Факс 31 + Факс 41 + …

  • Уведомление
    то
    сходство
    из
    Закон Кулона к закону тяготения Ньютона

оба являются законами «обратных квадратов». Заменяющая плата за массу и
«k» вместо «G», и у вас есть закон Кулона.
Относительные величины кулоновского
постоянная k = 9 x 10 9 и гравитационная постоянная G =
6.67 x 10 -11 , является показателем относительной силы
две силы. Электрическая сила притяжения очень, очень
сильнее гравитационной силы притяжения.

«The
беспроводной
телеграф
является
нет
трудный
к
понимать. Обычный телеграф похож на очень длинную кошку. Вы тянете
хвост
в Нью-Йорке,
а также
Это
мяукает
в
Лос-Анджелес. Беспроводная связь
то же самое, только без кота ».
Альберт Эйнштейн

Д-р К. Л. Дэвис
Физический факультет
Луисвиллский университет
электронная почта: [email protected]

Учебное пособие по физике: Закон Кулона

Взаимодействие между заряженными объектами — это неконтактная сила, действующая на некотором расстоянии друг от друга. Заряд, заряд и расстояние. Каждое электрическое взаимодействие включает в себя силу, которая подчеркивает важность этих трех переменных. Будь то пластиковая трубка для гольфа, притягивающая кусочки бумаги, два отталкивающих одинаково заряженных шара или заряженная пластина из пенополистирола, взаимодействующая с электронами в куске алюминия, всегда есть два заряда и расстояние между ними как три критических переменных, которые влияют на прочность. взаимодействия.В этом разделе Урока 3 мы исследуем важность этих трех переменных.

Сила как векторная величина

Электрическая сила, как и все силы, обычно выражается в единицах Ньютон. Сила электрического взаимодействия является векторной величиной, которая имеет как величину, так и направление. Направление электрической силы зависит от того, заряжены ли заряженные объекты одинаковым или противоположным зарядом, а также от их пространственной ориентации.Зная тип заряда на двух объектах, можно определить направление силы, действующей на любой из них, с небольшими рассуждениями. На диаграмме ниже объекты A и B имеют одинаковый заряд, заставляющий их отталкиваться друг от друга. Таким образом, сила на объект A направлена ​​влево (от B), а сила на объект B направлена ​​вправо (от A). С другой стороны, объекты C и D имеют противоположный заряд, заставляя их притягиваться друг к другу. Таким образом, сила, действующая на объект C, направлена ​​вправо (к объекту D), а сила, действующая на объект D, направлена ​​влево (к объекту C).Когда дело доходит до вектора электрической силы, возможно, лучший способ определить его направление — это применить фундаментальные правила взаимодействия зарядов (противоположности притягиваются, а любит отталкиваться), используя небольшие рассуждения.

Электрическая сила также имеет величину или силу. Как и большинство типов сил, на величину электрической силы влияет множество факторов. Два одинаково заряженных шара будут отталкивать друг друга, и сила их силы отталкивания может быть изменена путем изменения трех переменных.Во-первых, количество заряда на одном из воздушных шаров влияет на силу отталкивающей силы. Чем больше заряжен воздушный шар, тем больше сила отталкивания. Во-вторых, количество заряда на втором воздушном шаре влияет на силу отталкивающей силы. Аккуратно натрите два шарика шерстью животных, и они немного оттолкнутся. Сильно потрите два шара, чтобы передать им больший заряд, и они сильно оттолкнутся. Наконец, расстояние между двумя воздушными шарами будет иметь значительное и заметное влияние на силу отталкивания.Электрическая сила наиболее сильна, когда воздушные шары находятся максимально близко друг к другу. Уменьшение разделительного расстояния увеличивает силу. Считается, что величина силы и расстояние между двумя воздушными шарами обратно пропорциональны.

Уравнение закона Кулона

Количественное выражение влияния этих трех переменных на электрическую силу известно как закон Кулона. Закон Кулона гласит, что электрическая сила между двумя заряженными объектами прямо пропорциональна произведению количества заряда на объектах и ​​обратно пропорциональна квадрату разделительного расстояния между двумя объектами.В форме уравнения закон Кулона можно представить как

, где Q 1 представляет количество заряда на объекте 1 (в кулонах), Q 2 представляет количество заряда на объекте 2 (в кулонах), а d представляет собой расстояние между двумя объектами (в метрах). ). Символ k — это константа пропорциональности, известная как константа закона Кулона. Значение этой постоянной зависит от среды, в которую погружены заряженные объекты.В случае воздуха это значение составляет приблизительно 9,0 x 10 9 Н • м 2 / C 2 . Если заряженные объекты присутствуют в воде, значение k можно уменьшить в 80 раз. Стоит отметить, что единицы на k таковы, что при подстановке в уравнение единицы на заряде (кулоны ) и единицы измерения расстояния (метры) будут отменены, оставив Ньютон в качестве единицы силы.

Уравнение закона Кулона дает точное описание силы между двумя объектами, когда они действуют как точечные заряды.Заряженная проводящая сфера взаимодействует с другими заряженными объектами так, как будто весь ее заряд находится в ее центре. Хотя заряд равномерно распределен по поверхности сферы, центр заряда можно рассматривать как центр сферы. Сфера действует как точечный заряд, избыточный заряд которого находится в центре. Поскольку закон Кулона применяется к точечным зарядам, расстояние d в уравнении — это расстояние между центрами заряда обоих объектов (а не расстояние между их ближайшими поверхностями).

Символы Q 1 и Q 2 в уравнении закона Кулона представляют количества заряда на двух взаимодействующих объектах. Поскольку объект может быть заряжен положительно или отрицательно, эти величины часто выражаются в виде значений «+» или «-». Знак заряда просто показывает, есть ли в объекте избыток электронов (отрицательно заряженный объект) или недостаток электронов (положительно заряженный объект). Может возникнуть соблазн использовать знаки «+» и «-» при вычислении силы.Хотя такая практика не рекомендуется, в этом нет никакого вреда. При использовании знаков «+» и «-» в расчете силы результат будет таков, что значение «-» для силы является признаком силы притяжения, а значение «+» для силы означает силу отталкивания. Математически значение силы будет положительным, если Q 1 и Q 2 имеют одинаковый заряд — либо оба «+», либо оба «-». И значение силы будет отрицательным, если Q 1 и Q 2 имеют противоположный заряд — один — «+», а другой — «-».Это согласуется с концепцией, что противоположно заряженные объекты обладают притягивающим взаимодействием, а одноименные заряженные объекты — отталкивающим. В конце концов, если вы мыслите концептуально (а не просто математически), вы сможете определить природу силы — притягивающую или отталкивающую — без использования знаков «+» и «-» в уравнении.

Расчеты по закону Кулона

В курсах физики закон Кулона часто используется как разновидность алгебраического рецепта для решения словесных задач физики.Здесь показаны три таких примера.

Пример А

Предположим, что два точечных заряда, каждый с зарядом +1,00 Кулона, разделены расстоянием 1,00 метра. Определите величину электрической силы отталкивания между ними.

Это не самая сложная математическая задача, которую можно было выбрать. Он определенно был выбран не из-за его математической строгости.Используемая здесь стратегия решения проблем может показаться ненужной, учитывая простоту данных значений. Тем не менее, эта стратегия будет использована для иллюстрации ее полезности для решения любой проблемы закона Кулона.

Первым шагом стратегии является идентификация и перечисление известной информации в переменной форме. Здесь мы знаем заряды двух объектов (Q 1 и Q 2 ) и расстояние между ними (d). Следующий шаг стратегии включает перечисление неизвестной (или желаемой) информации в переменной форме.В этом случае проблема запрашивает информацию о силе. Итак, F elect — это неизвестное количество. Результаты первых двух шагов показаны в таблице ниже.

Дано:

Q 1 = 1,00 С

Q 2 = 1,00 C

d = 1,00 м

Находят:

F избранный = ???

Следующий и последний шаг стратегии включает в себя замену известных значений в уравнение закона Кулона и использование соответствующих алгебраических шагов для поиска неизвестной информации.Этот шаг показан ниже.

F elect = k • Q 1 • Q 2 / d 2

F elect = (9,0 x 10 9 Н • м 2 / C 2 ) • (1,00 C) • (1,00 C) / (1,00 м) 2

F эл. = 9,0 x 10 9 N

Сила отталкивания двух +1,00 кулоновских зарядов, находящихся на расстоянии 1 метра друг от друга, составляет 9 миллиардов Ньютонов.Это невероятно большая сила, по величине сопоставимая с массой более 2000 лайнеров.

Эта задача была выбрана в первую очередь из-за ее концептуального послания. Объекты просто не получают зарядов порядка 1,00 кулонов. Фактически, более вероятные значения Q составляют порядка 10 -9 или, возможно, 10 -6 кулонов. По этой причине греческий префикс часто используется перед кулоном в качестве единицы заряда. Заряд часто выражается в единицах микрокулонов (мкКл) и нанокулонов (нКл).Если в задаче указывается заряд в этих единицах, рекомендуется сначала преобразовать в кулоны, прежде чем подставлять в уравнение закона Кулона. Следующие эквиваленты единиц измерения помогут в таком преобразовании.

1 кулон = 10 6 микрокулон

1 кулон = 10 9 нано-кулон

Стратегия решения проблем, использованная в примере A, включала три этапа:

  1. Определите и перечислите известную информацию в переменной форме.
  2. Перечислить неизвестную (или желаемую) информацию в переменной форме.
  3. Подставьте известные значения в уравнение закона Кулона и, используя соответствующие алгебраические шаги, найдите неизвестную информацию. (В некоторых случаях и для некоторых студентов может быть проще сначала выполнить алгебру, используя переменные, а затем выполнить замену в качестве последнего шага.)

Эта же стратегия решения проблем продемонстрирована в примере B ниже.

Пример Б

Два шара заряжаются одинаковым количеством и типом заряда: -6.25 нКл. Их разделяют на расстоянии 61,7 см. Определите величину электрической силы отталкивания между ними.

В задаче указано значение Q 1 и Q 2 . Поскольку эти значения выражены в единицах нанокулонов (нКл), необходимо выполнить преобразование в кулоны. В задаче также указано расстояние разделения (d). Поскольку расстояние указывается в сантиметрах (см), необходимо также выполнить преобразование в метры.Эти преобразования необходимы, поскольку единицами заряда и расстояния в постоянной Кулона являются кулоны и метры. Неизвестная величина — электрическая сила (F). Результаты первых двух шагов показаны в таблице ниже.

Дано:

Q 1 = -6,25 нКл = -6,25 x 10 -9 С

Q 2 = -6,25 нКл = -6,25 x 10 -9 C

д = 61.7 см = 0,617 м

Находят:

F избранный = ???

Последний шаг стратегии включает подстановку известных значений в уравнение закона Кулона и использование соответствующих алгебраических шагов для решения неизвестной информации. Эта подстановка и алгебра показаны ниже.

F elect = k • Q 1 • Q 2 / d 2

F elect = (9.0 x 10 9 Н • м 2 / C 2 ) • (6,25 x 10 -9 C) • (6,25 x 10 -9 C) / (0,617 м) 2

F эл. = 9,23 x 10 -7 N

Обратите внимание, что знак «-» был удален из значений Q 1 и Q 2 до подстановки в уравнение закона Кулона. Как упоминалось выше, использование знаков «+» и «-» в уравнении приведет к положительному значению силы, если Q 1 и Q 2 одинаково заряжены, и отрицательному значению силы, если Q 1 и Q 2 имеют противоположный заряд.Полученные в результате знаки «+» и «-» на F обозначают, является ли сила притягивающей (значение «-» F) или отталкивающей (значение «+» F).

Пример C

Два шара с зарядом +3,37 мкКл и -8,21 мкКл притягивают друг друга с силой 0,0626 Ньютона. Определите расстояние между двумя воздушными шарами.

В задаче указано значение Q 1 и Q 2 .Поскольку эти значения выражены в микрокулонах (мкКл), будет выполнено преобразование в кулоны. В задаче также указывается электрическая сила (F). Неизвестная величина — это расстояние разделения (d). Результаты первых двух шагов показаны в таблице ниже.

Дано:

Q 1 = +3,37 мкКл = +3,37 x 10 -6 С

Q 2 = -8,21 мкКл = -8,21 x 10 -6 С

F избранный = -0.0626 Н (используйте a — значение силы, так как оно привлекательно)

Находят:

d = ???

Как упоминалось выше, использование знаков «+» и «-» необязательно. Однако, если они используются, то они должны использоваться последовательно для значений Q и F. Их использование в уравнении проиллюстрировано в этой задаче.

Последний шаг стратегии включает подстановку известных значений в уравнение закона Кулона и использование соответствующих алгебраических шагов для решения неизвестной информации.В этом случае сначала выполняется алгебра, а в последнюю — подстановка. Эта алгебра и подстановка показаны ниже.

F elect = k • Q 1 • Q 2 / d 2

d 2 • F elect = k • Q 1 • Q 2

d 2 = k • Q 1 • Q 2 / F elect

d = SQRT (k • Q 1 • Q 2 ) / F elect

d = КОРЕНЬ [(9.0 x 10 9 Н • м 2 / C 2 ) • (-8,21 x 10 -6 C) • (+3,37 x 10 -6 C) / (-0,0626 Н)]

d = Sqrt [+3,98 м 2 ]

d = +1,99 м

Сравнение электрических и гравитационных сил

Электрическая сила и гравитационная сила — это две бесконтактные силы, которые обсуждаются в учебном пособии по физике.Уравнение закона Кулона для электрической силы очень похоже на уравнение Ньютона для всемирного тяготения.

Эти два уравнения имеют очень похожую форму. Оба уравнения показывают обратную квадратичную зависимость между силой и разделительным расстоянием. И оба уравнения показывают, что сила пропорциональна произведению количества, вызывающего силу, — заряда в случае электрической силы и массы в случае силы тяжести. Однако между этими двумя силами есть поразительные различия.Во-первых, сравнение констант пропорциональности — k и G — показывает, что постоянная закона Кулона (k) значительно больше, чем универсальная гравитационная постоянная Ньютона (G). Впоследствии единица заряда будет притягивать единицу заряда со значительно большей силой, чем единица массы притягивает единицу массы. Во-вторых, гравитационные силы только притягивают; электрические силы могут быть как притягивающими, так и отталкивающими.

Обратное квадратичное соотношение между силой и расстоянием, вплетенное в уравнение, является общим для обеих бесконтактных сил.Эта взаимосвязь подчеркивает важность разделительного расстояния, когда речь идет об электрической силе между заряженными объектами. Этому и посвящен следующий раздел Урока 3.

Мы хотели бы предложить …

Иногда просто прочитать об этом недостаточно. Вы должны с ним взаимодействовать! И это именно то, что вы делаете, когда используете одно из интерактивных материалов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактивного приложения по закону Кулона.Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Интерактивный закон Кулона позволяет учащемуся исследовать влияние заряда и разделительного расстояния на величину электрической силы между двумя заряженными объектами.

Проверьте свое понимание

Используйте свое понимание, чтобы ответить на следующие вопросы. По завершении нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.

1.Q в уравнении закона Кулона означает _____.

а. масса заряжаемого объекта

г. # избыточных электронов на объекте

г. ток заряженного объекта

г. расстояние между заряженными объектами

e.заряд заряженного объекта

2. Символ d в уравнении закона Кулона обозначает расстояние от ___.

а. От A до B

г. От A до D

г.От B до C

г. От B до D

e. C по D

ф. От A до G

г. От B до F

ч. C по E

3.Определите электрическую силу притяжения между двумя воздушными шарами с отдельными зарядами +3,5 x 10 -8 C и -2,9 x 10 -8 C при разделении на расстояние 0,65 м.

4. Определите электрическую силу притяжения между двумя воздушными шарами, заряженными противоположным типом заряда, но одинаковым количеством заряда. Заряд на воздушных шарах составляет 6,0 x 10 -7 C, и они разделены расстоянием 0.50 м.

5. Джоанна натерла шар шерстью, чтобы получить заряд -1,0 x 10 -6 C. Затем она достает пластиковую трубку для гольфа с зарядом +4,0 x 10 -6 C, локализованным в заданном месте. должность. Она удерживает место заряда на пластиковой трубке для гольфа на расстоянии 50,0 см над воздушным шаром. Определите электрическую силу притяжения между трубкой для гольфа и воздушным шаром.

6. Баллон с зарядом 4,0 мкКл удерживают на расстоянии 0,70 м от второго баллона с таким же зарядом. Рассчитайте величину силы отталкивания.

7. На каком расстоянии разделения должны быть расположены два заряда размером 1,00 микрокулонов, чтобы сила отталкивания между ними была эквивалентна весу (на Земле) 1.00-кг масса?

Общая физика II

Электрический
Поля

Помните, НЕДОСТАТОЧНЫЕ обвинения привлекают,

или

и LIKE отталкивают заряды,

или

От чего зависит величина этой электрической силы F?

Сила F прямо пропорциональна зарядам Q и
q,

ф.
Q q

Сила F обратно пропорциональна
квадрат расстояния
r между зарядами,

ф.
1 / п 2

ф.
1 / п 2

ф.
1 / п 2

Мы можем объединить их как

ф.
Кв / К 2

Пока
пропорции являются
хорош для качественных дискуссий и сравнений,
уравнения много
проще использовать для расчетов.Мы можем изменить это на
уравнение с
константа
пропорциональность
, к.

F = k Q q / r 2

Коэффициент пропорциональности k зависит от единиц измерения.
мы используем. Если мы измеряем силу F в ньютонах (Н), расстояние r в метрах.
(m) и заряжает Q и q в кулонах (C), тогда k имеет значение
из

k = 9 x 10 9 Н
м 2 / C 2

Теперь мы должны спросить, что такое кулон заряда,
в любом случае?

Электрический заряд электрона или протона обозначается буквой е.
и равно.. .

Закон Кулона описывает силу F между двумя электрическими
заряды, Q и q, расстояние r друг от друга,

Какая сила между двумя положительными зарядами, 1
C
и 2 С,
когда их разделяет расстояние в 1 м?

Помните, сила — это вектор .Закон Кулона позволяет нам
вычислить величину электрической силы, но мы должны
еще учтите, что сила — это вектор!

Пример кулоновского
Закон
.

Мы также когда-нибудь запишем эту «постоянную Кулона» как

где «эпсилон-ноль»

и известна как «диэлектрическая проницаемость свободного пространства». Что
Имя звучит зловеще, чем нужно. Это просто
еще одна форма «постоянной Кулона» — и не более того! Там
являются серьезными ситуациями или основными уравнениями, в которых мы получаем
фактор

, который в таком случае удобнее записать как


Возможно, вы смотрели на весы Кавендиша, когда
вы говорили о гравитации.Кавендиш использовал очень тонкий
балансировка для измерения невероятно малых сил. Кулон при измерении
электрические силы должны были работать с большими силами. Вот
эскиз весов, которые он использовал для измерения электрических сил и
определить характеристику по r-квадрату электрического
сила:

c) Дуг Дэвис, 2002 год; все права защищены

электростатических величин — Почему у постоянной Кулона есть единицы?

Системы единиц в некотором смысле гибкие и необязательные.2} \,. $$
Это совершенно правильный способ заниматься физикой. По сути, мы сложили $ \ sqrt {k} $ в числовое значение каждого заряда:

$$ (\ text {charge}) (в \; \ text {Statcoulombs}) \ sim \ sqrt {k} \, (\ text {same charge}) (в \; \ text {Coulombs}) \ ,,

$

или

$$ \ sqrt {k} \, \ text {Statcoulombs} \ sim 1 \, \ text {Coulombs} \,. $$

Это делает статкулон довольно забавной единицей, выраженной в единицах СИ, но тогда кулон — довольно странная единица, выраженная в гуасийских терминах.Каждую систему следует понимать в ее собственном контексте.

Было пролито много слов, утверждающих, что один набор единиц лучше, чем другой, или наоборот.

В моем бизнесе (физика элементарных частиц) принято работать в единицах, где $ c = \ hbar = 1 \, (\ text {безразмерный}) \;. $ Это дает энергию, массу и импульс в тех же единицах (обратное расстояние на самом деле) и теряет многие проверки, которые помогают молодым физикам отслеживать разницу между этими величинами, но сохраняет записи и упрощает форму многих уравнений.(Кстати, космологи часто добавляют в смесь $ G = 1 \, (\ text {безразмерные}) $.

Мораль этой истории такова: «Не придавайте слишком большого значения единицам« констант », потому что они зависят от выбранной вами системы единиц».

Гравитация

ньютонов — Что означают $ k_e $ в законе Кулона и $ G $ в Универсальном законе тяготения Ньютона?

Да, ваша догадка верна. Это очень похоже на принятие k = 1 в первом законе Ньютона, т. Е.

.

F = kma

Когда Кулон открыл свой закон, в то время не было определенной единицы заряда.Кулон пришел к закону, проведя простые эксперименты.
Он взял пару турбоэлектрических материалов (материалов, которые заряжаются при трении) и заряжает их, натирая. Итак, оба тела были заряжены одинаково, но с противоположной полярностью (положительно и отрицательно). Затем он рассчитал силу, действующую между ними, когда они разделены определенным расстоянием, с помощью торсионных весов, устройства, которое измеряет очень слабые силы.

Он уменьшил вдвое заряды на телах, заставив их соприкоснуться с любым другим проводником, чтобы заряд заряда равномерно распределялся по обоим телам и, таким образом, был уменьшен вдвое, затем он снова измерил силу между ними, разделенную на такое же расстояние, как и в предыдущем случае.Затем он уменьшил или удвоил расстояние и снова измерил силу. Таким образом, Кулон не измерил заряды на телах, но он смог прийти к закону.

Но, придя к уравнению, он мог использовать его для определения единицы заряда (поскольку оно не было ранее определено), точно так же, как Ньютон использовал свой первый закон для определения силы (прочтите мой ответ https://physics.stackexchange.com / а / 530555/243233)

Теперь вы можете видеть, что Ньютон принял k за 1, а Кулон — нет. Почему? На самом деле это сделал Кулон.9. Почему система SI приняла только это значение.

Дело в том, что система СИ не принимала значение, а рассчитывала его.
Подобно тому, как Ньютон использовал один из своих законов для определения силы (первый закон Ньютона), а затем использовал определение, чтобы найти значение константы G в своем законе тяготения, система СИ использовала формулу тока I = Q / t для определения заряда а затем использовал это определение, чтобы найти значение k в законе Кулона (если у вас есть проблемы по этому пункту, сначала прочтите ответ в ссылке).

Теперь я надеюсь, что вы понимаете, почему его можно использовать в качестве определения начисления (на самом деле, он используется в системе CGS).

Электрический заряд и закон Кулона

Электрический заряд и закон Кулона

Авторские права © Майкл Ричмонд.
Эта работа находится под лицензией Creative Commons License.

  • Электрический заряд — фундаментальное свойство материи.
    Электроны несут заряд в одну отрицательную «электронную единицу», и
    протоны с положительным зарядом в одну «электронную единицу».18 электронов в сумме дают 1 кулон
  • Кулон — это ОЧЕНЬ БОЛЬШОЙ заряд — обычный
    ситуации содержат крошечную долю кулона.
  • Если один кулон в секунду проходит через фиксированную точку в проводе,
    по этому проводу проходит ток в один ампер.
  • Проводники позволяют заряду свободно перемещаться по ним.
    Металлы — хорошие проводники.
  • Изоляторы удерживают заряженные частицы почти на месте.2)
    q1 = заряд первой частицы (кулоны)
    q2 = заряд второй частицы (кулоны)
    r = расстояние между частицами (метры)

    Если результат положительный, сила отталкивающая.
    Если результат отрицательный, сила притягивает.

  • Электрические силы от нескольких частиц складываются как векторы.