В статията за електрически заряд дан видове електрически заряд Обяснява се, че еднообразните електрически заряди се отблъскват, докато различнообразните електрически заряди се привличат. С други думи, положително заредените обекти привличат отрицателно заредени обекти, положително заредените обекти отблъскват положително заредени обекти, а отрицателно заредените обекти отблъскват отрицателно заредени обекти. Това явление показва съществуването на електрическа сила, действаща върху положително заредени и отрицателно заредени обекти. Какви фактори влияят върху величината на електрическата сила между електрически заредените обекти?
Френският физик Шарл Кулон (1736–1806) провежда серия от експерименти през 1780-те години, за да изследва факторите, които влияят върху величината на електрическата сила между електрически заредени обекти. Апаратът, използван от Кулон, е подобен на този, използван от Кавендиш за изследване на гравитационната константа, наречен торсионен баланс. Кулон изследва електрическата сила, следователно използва две електрически заредени метални топки, докато Кавендиш изследва гравитационната сила, следователно използва две неелектрически заредени топки с маса.
Как работи скалата за въртящ момент
Как работи скалата за въртящ момент е свързано с темата въртящ момент или момент на сила в глава ротационна динамика.
Пространството в торсионните везни е вакуумно, за да се предотврати прехвърлянето на електрическия заряд върху твърдата топка във въздуха. Определянето на количеството електрически заряд върху твърдата топка се извършва по следния метод. Първоначално твърдата топка А се зарежда електрически чрез проводимост или триене. Твърдата топка А, която е електрически заредена, се свързва с твърда топка B, която е все още неутрална, с помощта на електрически проводник, докато електрическият заряд на твърдата топка A се раздели равномерно с този на твърдата топка B. Ако количеството електрически заряд на твърдата топка A е ½, тогава количеството електрически заряд на твърдата топка B е ½. След това твърдата топка B и твърдата топка C се свързват с електрически проводник, докато електрическият заряд на твърдата топка B се раздели равномерно с този на твърдата топка C. Ако количеството електрически заряд на твърдата топка B е ¼, тогава количеството електрически заряд на твърдата топка C е ¼. По този начин се получават количеството електрически заряд и видът на електрическия заряд на твърдата топка 1 и твърдата топка 2.
Твърдите сфери 1 и твърдата сфера 2 са електрически заредени, така че двете твърди сфери се отблъскват взаимно, ако двете сфери имат еднакъв електрически заряд, или се привличат взаимно, ако двете сфери имат различни електрически заряди. Съществуването на сила на привличане или отблъскване между двете електрически заредени твърди сфери кара твърдата сфера 2 да се върти. Ъгълът на движение на твърдата сфера 2 се измерва, за да се определи електрическата сила, действаща върху двете твърди сфери.
Фактори, които влияят на електрическата сила
Въз основа на експерименти, проведени с помощта на торсионен баланс, Кулон открил няколко неща.
– В този експеримент разстоянието между двете твърди топки е винаги едно и също. Когато количеството електрически заряд върху твърда топка 1 е 1 и количеството електрически заряд върху твърда топка 2 е 1, тогава електрическата сила, действаща върху двете твърди топки, е 1. Когато количеството електрически заряд върху твърда топка 1 е 2 и количеството електрически заряд върху твърда топка 2 е 2, тогава електрическата сила, действаща върху двете твърди топки, е 4. Кулон заключава, че големината на електрическата сила, действаща върху двете твърди топки, е пропорционална на произведението от количеството заряд върху двете твърди топки (F ≈ q1 q2).
– В този експеримент количеството заряд и върху двете твърди топки е винаги еднакво. Ако разстоянието между двете твърди топки е 1, тогава електрическата сила, действаща върху двете твърди топки, е 1. Ако разстоянието между двете твърди топки е 2, тогава електрическата сила, действаща върху двете твърди топки, е ¼. Кулон заключава, че големината на електрическата сила, действаща върху двете твърди топки, е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието (F ≈ 1 / r2)
Закон на Кулон
Законът на Кулон е физичен закон, който обяснява връзката между електричната сила, електрическия заряд и разстоянието между зарядите. Този закон е формулиран въз основа на експериментите на Кулон, както е обяснено в предишната статия.
Закон на Кулон гласи, че големината на силата, упражнявана от електрически заредена частица върху друга електрически заредена частица, е право пропорционална на произведението от сумата на зарядите на двете частици и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между двете електрически заредени частици. Тази сила действа по права линия, свързваща двете частици. Електрическата сила е отблъскваща, ако електрическите заряди на двете частици са еднакви, и електрическата сила е привличаща, ако електрическите заряди на двете частици не са еднакви.
Законът на Кулон може да се изрази с математическото уравнение:
Описание на формулата:
F12 = електрическа сила между частица 1 и частица 2
q1 = брой заряди на частици 1
q2 = броят на електрическите заряди на частица 2
r12 = разстояние между частица 1 и частица 2
(чете се: епсилон нула) = 8,854 x 10-12 C2/Нм2
k = (константа на Кулон) = 9 x 109 Nm2/C2
F21 е силата, упражнявана от заряд q2 при заряд q1, докато Ф12 е силата, упражнявана от заряд q1 при заряд q2, F21 и Ф12 се отблъскват взаимно, когато зарядът е q1 и q2 подобни и се привличат взаимно, когато зарядът е q1 и q2 не е от същия тип.
F21 и Ф12 имат еднаква стойност, противоположна посока и действат върху различни обекти, следователно тези две сили са двойка сили на действие-противодействие.
