החוק של קולומב במילים פשוטות
סיפור גילוי
Sh.O. התליון בשנת 1785 הוכיח לראשונה באופן ניסיוני את האינטראקציות המתוארות בחוק. בניסויים שלו הוא השתמש במאזני פיתול מיוחדים. עם זאת, בשנת 1773 הוכח על ידי Cavendish, באמצעות הדוגמה של קבל כדורית, כי אין שדה חשמלי בתוך הכדור. זה מצביע על כך שהכוחות האלקטרוסטטיים משתנים עם המרחק בין הגופים. ליתר דיוק, המרחק בריבוע. ואז המחקר שלו לא פורסם. מבחינה היסטורית, תגלית זו נקראה על שם קולומב, ולכמות שבה נמדד המטען יש שם דומה.
ניסוח
ההגדרה של חוק קולומב קובעת:בוואקום אינטראקציה של שני גופים טעונים עומדת ביחס ישר לתוצר המודולים שלהם ויחס הפוך לכיכר המרחק ביניהם.
זה נשמע קצר, אבל זה אולי לא ברור לכולם. במילים פשוטות:ככל שמטען הגופים גדול יותר וככל שהם קרובים זה לזה, כך כוחו גדול יותר.
ולהיפך:אם תגדיל את המרחק בין המטענים - הכוח יהפוך פחות.
הנוסחה של כלל קולומב נראית כך:
ייעוד האותיות: q הוא גודל המטען, r הוא המרחק ביניהן, k הוא המקדם, תלוי במערכת היחידות שנבחרה.
גודל המטען q יכול להיות חיובי בתנאי או שלילי על תנאי. החלוקה הזו היא שרירותית מאוד. כאשר הגופים נוגעים, זה יכול להיות מועבר מאחד לשני. מכאן יוצא שאותו גוף יכול להיות בעל מטען בסדר גודל שונה וסימן. מטען נקודתי הוא מטען או גוף שממדיו קטנים בהרבה ממרחק האינטראקציה האפשרית.
יש לזכור כי המדיום בו נמצאים המטענים משפיע על האינטראקציה F. מכיוון שהוא כמעט שווה באוויר ובוואקום, גילוי קולומב חל רק על אמצעי התקשורת הללו, זהו אחד התנאים להחלת סוג זה של פורמולה. כאמור, במערכת SI יחידת המטען היא קולומב, מקוצרת Cl. זה מאפיין את כמות החשמל ליחידת זמן. זה נגזר מיחידות ה- SI הבסיסיות.
1 C = 1 A * 1 שניות
ראוי לציין כי הממד של 1 C הוא מוגזם. בשל העובדה כי נשאים מונעים זה מזה, קשה לשמור אותם בגוף קטן, אם כי הזרם ב- 1A הוא קטן, אם הוא זורם במוליך. לדוגמה, זרם של 0.5 A זורם באותה מנורת ליבון של 100 וואט, ויותר מ 10 A. זורם בתנור חשמלי.כוח כזה (1 C) שווה בערך למסה של 1 טון הפועל על הגוף מצדו של הגלובוס.
אולי שמתם לב שהפורמולה זהה כמעט לחלוטין כמו באינטראקציה כבידתית, רק אם המונים מופיעים במכניקה הניוטונית, אז מטענים באלקטרוסטטיקה.
נוסחת קולומב למדיום דיאלקטרי
המקדם המתחשב בערכי מערכת ה- SI נקבע ב- N2* M2/ Cl2. זה שווה ל:
בספרי לימוד רבים ניתן למצוא מקדם זה בצורה של שבריר:
הנה ה0= 8.85 * 10-12 Kl2 / N * m2 - זהו הקבוע החשמלי. עבור דיאלקטרי, E הוא הקבוע הדיאלקטרי של המדיום, ואז ניתן להשתמש בחוק קולומב לחישוב כוחות האינטראקציה של המטענים עבור ואקום ומדיום.
בהתחשב בהשפעתו של הדיאלקטרי, יש לו את הצורה:
מכאן אנו רואים שהחדרת דיאלקטרי בין גופים מקטינה את הכוח F.
כיצד מכוונים כוחות
חיובים מתקשרים זה עם זה בהתאם לקוטביות שלהם - מטענים זהים דוחים זה את זה, והופכים (הפוכים) מושכים.
אגב, זה ההבדל העיקרי מהחוק הדומה לאינטראקציה כבידתית, שם נמשכים תמיד גופים. הכוחות מופנים לאורך הקו המצויר ביניהם, המכונה וקטור הרדיוס. בפיזיקה, המכונה r12 וכוקטור רדיוס מהמטען הראשון לשני ולהפך. הכוחות מופנים ממרכז המטען למטען ההפוך לאורך קו זה, אם המטענים מנוגדים, ובכיוון ההפוך, אם הם בעלי אותו שם (שניים חיוביים או שניים שליליים). בצורה וקטורית:
הכוח המופעל על המטען הראשון מצידו של השני מסומן כ- F12. ואז בצורה וקטורית החוק של קולומב הוא כדלקמן:
כדי לקבוע את הכוח המופעל על המטען השני, התווית F21 ו- R21.
אם לגוף יש צורה מורכבת והוא מספיק גדול שבמרחק נתון הוא לא יכול להיחשב כנקודה, אז הוא מחולק לקטעים קטנים וכל קטע נחשב כמטען נקודתי. לאחר הוספה גיאומטרית של כל הווקטורים המתקבלים מתקבל הכוח המתקבל. אטומים ומולקולות מתקשרים זה עם זה על פי אותו החוק.
יישום מעשי
עבודתו של קולומב חשובה מאוד בתחום האלקטרוסטטיקה: בפועל משתמשים בה במספר המצאות והתקנים. דוגמא בולטת היא מוט הברק. בעזרתו, מבנים ומתקני חשמל מוגנים מפני סופות רעמים, ובכך מונעים כישורי שריפה וציוד. כאשר יורד גשם עם סופת רעמים על כדור הארץ, מופיע מטען מושרש בסדר גודל גדול, הם נמשכים לצד הענן. מסתבר ששדה חשמלי גדול מופיע על פני כדור הארץ. בסמוך לקצה מוט הברק, יש לו ערך גדול, כתוצאה מכך, הצתה של פריקת קורונה מהקצה (מהאדמה, דרך מוט הברק אל הענן). המטען מהאדמה נמשך למטען ההפוך של הענן, על פי חוק קולומב. אוויר מיונן, והשדה החשמלי פוחת בסמוך לקצה מוט הברק. לפיכך, חיובים אינם מצטברים על הבניין, ובמקרה זה ההסתברות לשביתת ברק קטנה. אם אכן מתרחשת מכה בבניין, אז דרך הגנת הברק כל האנרגיה תעבור לקרקע.
במחקר מדעי רציני משתמשים בבנייה הגדולה ביותר של המאה ה -21 - מאיץ החלקיקים. בתוכו, שדה חשמלי עושה את העבודה להגדלת אנרגיית החלקיקים. בהתחשב בתהליכים אלה מנקודת המבט של ההשפעה על חיוב נקודתי על ידי קבוצת חיובים, אז כל מערכות היחסים של החוק מתבררות כהוגנות.
לבסוף, אנו ממליצים לצפות בסרטון המספק הסבר מפורט על חוק קולומב:
שימושי בנושא:
טעינה...
