La loi de Coulomb en mots simples
Histoire de découverte
Sh.O. Le pendentif de 1785 a prouvé pour la première fois expérimentalement les interactions décrites par la loi. Dans ses expériences, il a utilisé des échelles de torsion spéciales. Cependant, en 1773, Cavendish a prouvé, en utilisant l'exemple d'un condensateur sphérique, qu'il n'y avait pas de champ électrique à l'intérieur de la sphère. Cela suggère que les forces électrostatiques varient avec la distance entre les corps. Pour être plus précis, la distance au carré. Ensuite, ses études n'ont pas été publiées. Historiquement, cette découverte a été nommée d'après Coulomb, et la quantité dans laquelle la charge est mesurée porte un nom similaire.
Libellé
La définition de la loi de Coulomb stipule:Dans le vide L'interaction F de deux corps chargés est directement proportionnelle au produit de leurs modules et inversement proportionnelle au carré de la distance entre eux.
Cela semble court, mais ce n'est peut-être pas clair pour tout le monde. En termes simples:Plus la charge des corps est élevée et plus ils sont proches les uns des autres, plus la force est grande.
Et vice versa:Si vous augmentez la distance entre les charges - la force diminuera.
La formule de la règle de Coulomb ressemble à ceci:
La désignation des lettres: q est la grandeur de la charge, r est la distance entre elles, k est le coefficient, dépend du système d'unités sélectionné.
L'amplitude de la charge q peut être conditionnellement positive ou conditionnellement négative. Cette division est très arbitraire. Lorsque les corps se touchent, ils peuvent se transmettre de l'un à l'autre. Il s'ensuit qu'un même corps peut avoir une charge d'amplitude et de signe différents. Une charge ponctuelle est une charge ou un corps dont les dimensions sont beaucoup plus petites que la distance d'une interaction possible.
Il convient de garder à l'esprit que le milieu dans lequel les charges sont situées affecte l'interaction F. Puisqu'il est presque égal dans l'air et dans le vide, la découverte de Coulomb n'est applicable qu'à ces milieux, c'est une des conditions d'application de ce type de formule. Comme déjà mentionné, dans le système SI, l'unité de charge est le Coulomb, abrégé Cl. Il caractérise la quantité d'électricité par unité de temps. Il est dérivé des unités SI de base.
1 C = 1 A * 1 s
Il est à noter que la dimension de 1 C est excessive. En raison du fait que les supports se repoussent, il est difficile de les garder dans un petit corps, bien que le courant dans 1A soit faible, s'il circule dans le conducteur. Par exemple, un courant de 0,5 A circule dans la même lampe à incandescence de 100 W et plus de 10 A dans un radiateur électrique. Une telle force (1 C) est approximativement égale à la masse de 1 tonne agissant sur le corps depuis le côté du globe.
Vous avez peut-être remarqué que la formule est pratiquement la même que dans l'interaction gravitationnelle, seulement si des masses apparaissent en mécanique newtonienne, puis se chargent en électrostatique.
Formule de Coulomb pour un milieu diélectrique
Le coefficient tenant compte des valeurs du système SI est déterminé en N2* m2/ Cl2. Il est égal à:
Dans de nombreux manuels, ce coefficient se présente sous la forme d'une fraction:
Ici e0= 8,85 * 10-12 Kl2 / N * m2 - c'est la constante électrique. Pour un diélectrique, E est la constante diélectrique du milieu, alors la loi de Coulomb peut être utilisée pour calculer les forces d'interaction des charges pour le vide et le milieu.
Compte tenu de l'influence du diélectrique, il a la forme:
De là on voit que l'introduction d'un diélectrique entre les corps réduit la force F.
Comment les forces sont-elles dirigées
Les charges interagissent les unes avec les autres en fonction de leur polarité - les mêmes se repoussent et l'opposé (l'opposé) est attiré.
Soit dit en passant, c'est la principale différence avec la loi similaire de l'interaction gravitationnelle, où les corps sont toujours attirés. Les forces sont dirigées le long de la ligne tracée entre elles, appelée vecteur de rayon. En physique, noté r12 et comme vecteur de rayon de la première à la seconde charge et vice versa. Les forces sont dirigées du centre de la charge vers la charge opposée le long de cette ligne, si les charges sont opposées, et dans la direction opposée, si elles sont du même nom (deux positives ou deux négatives). Sous forme vectorielle:
La force appliquée à la première charge du côté de la seconde est notée F12. Ensuite, sous forme vectorielle, la loi de Coulomb est la suivante:
Pour déterminer la force appliquée à la deuxième charge, la notation F21 et R21.
Si le corps a une forme complexe et qu'il est suffisamment grand pour qu'à une distance donnée, il ne peut pas être considéré comme un point, alors il est divisé en petites sections et chaque section est considérée comme une charge ponctuelle. Après addition géométrique de tous les vecteurs résultants, la force résultante est obtenue. Les atomes et les molécules interagissent entre eux selon la même loi.
Application pratique
Le travail de Coulomb est très important en électrostatique; en pratique, il est utilisé dans un certain nombre d'inventions et de dispositifs. Un exemple frappant est le paratonnerre. Avec son aide, les bâtiments et les installations électriques sont protégés des orages, empêchant ainsi les incendies et les pannes d'équipement. Lorsqu'il pleut avec un orage sur la Terre, une charge induite de grande ampleur apparaît, ils sont attirés vers le côté du nuage. Il s'avère qu'un grand champ électrique apparaît à la surface de la terre. Près de la pointe du paratonnerre, il a une grande valeur, à la suite de cela, une décharge corona est allumée de la pointe (du sol, à travers le paratonnerre jusqu'au nuage). La charge de la terre est attirée par la charge opposée du nuage, selon la loi de Coulomb. L'air est ionisé et le champ électrique diminue près de l'extrémité du paratonnerre. Ainsi, les charges ne s'accumulent pas sur le bâtiment, auquel cas la probabilité d'un coup de foudre est faible. Si un coup au bâtiment se produit, alors grâce à la protection contre la foudre, toute l'énergie ira au sol.
Dans la recherche scientifique sérieuse, la plus grande construction du 21e siècle est utilisée - l'accélérateur de particules. Dans ce document, un champ électrique fait le travail d'augmenter l'énergie des particules. Compte tenu de ces processus du point de vue de l'impact sur une charge ponctuelle par un groupe de charges, toutes les relations de la loi s'avèrent valables.
Enfin, nous vous recommandons de regarder une vidéo qui fournit une explication détaillée de la loi Coulomb:
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