A l'article sobre càrrega elèctrica Dan tipus de càrrega elèctrica S'explica que les càrregues elèctriques iguals es repel·leixen mentre que les càrregues elèctriques diferents s'atrauen. En altres paraules, els objectes carregats positivament atrauen objectes carregats negativament, els objectes carregats positivament repel·leixen objectes carregats positivament i els objectes carregats negativament repel·leixen objectes carregats negativament. Aquest fenomen demostra l'existència d'una força elèctrica que actua sobre objectes carregats positivament i objectes carregats negativament. Quins factors influeixen en la magnitud de la força elèctrica entre objectes carregats elèctricament?
El físic francès Charles Coulomb (1736–1806) va dur a terme una sèrie d'experiments a la dècada del 1780 per investigar els factors que influeixen en la magnitud de la força elèctrica entre objectes carregats elèctricament. L'aparell utilitzat per Coulomb era similar al que Cavendish va utilitzar per investigar la constant gravitatòria, anomenada balança de torsió. Coulomb va investigar la força elèctrica, per tant, va utilitzar dues boles metàl·liques carregades elèctricament, mentre que Cavendish va investigar la força gravitatòria, per tant, va utilitzar dues boles de massa no carregades elèctricament.
Com funciona una escala de parell
El funcionament d'una escala de parell està relacionat amb la matèria. parell de força o moment de força al capítol dinàmica rotacional.
L'espai a la balança de torsió és de buit per evitar que la càrrega elèctrica de la bola sòlida es transfereixi a l'aire. La determinació de la quantitat de càrrega elèctrica de la bola sòlida es fa mitjançant el mètode següent. Inicialment, la bola sòlida A es carrega elèctricament per conducció o fricció. La bola sòlida A que s'ha carregat elèctricament es connecta a la bola sòlida B, que encara és neutra, mitjançant un conductor elèctric fins que la càrrega elèctrica de la bola sòlida A es divideixi uniformement amb la bola sòlida B. Si la quantitat de càrrega elèctrica de la bola sòlida A és ½, aleshores la quantitat de càrrega elèctrica de la bola sòlida B és ½. A continuació, la bola sòlida B i la bola sòlida C es connecten amb un conductor elèctric fins que la càrrega elèctrica de la bola sòlida B es divideixi uniformement amb la bola sòlida C. Si la quantitat de càrrega elèctrica de la bola sòlida B és ¼, aleshores la quantitat de càrrega elèctrica de la bola sòlida C és ¼. La quantitat de càrrega elèctrica i el tipus de càrrega elèctrica de la bola sòlida 1 i la bola sòlida 2 s'obtenen d'aquesta manera.
L'esfera sòlida 1 i l'esfera sòlida 2 estan carregades elèctricament de manera que les dues esferes sòlides es repel·leixen si tenen la mateixa càrrega elèctrica o s'atreuen si tenen càrregues elèctriques diferents. L'existència d'una força atractiva o repulsiva entre les dues esferes sòlides carregades elèctricament fa que l'esfera sòlida 2 giri. L'angle de desplaçament de l'esfera sòlida 2 es mesura per determinar la força elèctrica que actua sobre les dues esferes sòlides.
Factors que influeixen en la força elèctrica
Basant-se en experiments realitzats amb una balança de torsió, Coulomb va descobrir diverses coses.
– En aquest experiment, la distància entre les dues boles sòlides és sempre la mateixa. Quan la quantitat de càrrega elèctrica a la bola sòlida 1 és 1 i la quantitat de càrrega elèctrica a la bola sòlida 2 és 1, aleshores la força elèctrica que actua sobre ambdues boles sòlides és 1. Quan la quantitat de càrrega elèctrica a la bola sòlida 1 és 2 i la quantitat de càrrega elèctrica a la bola sòlida 2 és 2, aleshores la força elèctrica que actua sobre ambdues boles sòlides és 4. Coulomb va concloure que la magnitud de la força elèctrica que actua sobre ambdues boles sòlides és proporcional al producte de la quantitat de càrrega a ambdues boles sòlides (F ≈ q1 q2).
– En aquest experiment, la quantitat de càrrega a les dues boles sòlides és sempre la mateixa. Si la distància entre les dues boles sòlides és 1, la força elèctrica que actua sobre les dues boles sòlides és 1. Si la distància entre les dues boles sòlides és 2, la força elèctrica que actua sobre les dues boles sòlides és ¼. Coulomb va concloure que la magnitud de la força elèctrica que actua sobre les dues boles sòlides és inversament proporcional al quadrat de la distància (F ≈ 1 / r2)
Llei de Coulomb
La llei de Coulomb és una llei de la física que explica la relació entre la força elèctrica, la càrrega elèctrica i la distància entre les càrregues. Aquesta llei es va formular a partir dels experiments de Coulomb, tal com s'explica a l'article anterior.
Llei de Coulomb afirma que la magnitud de la força exercida per una partícula carregada elèctricament sobre una altra partícula carregada elèctricament és directament proporcional al producte de la suma de les càrregues de les dues partícules i inversament proporcional al quadrat de la distància entre les dues partícules carregades elèctricament. Aquesta força actua al llarg d'una línia recta que connecta les dues partícules. La força elèctrica és repulsiva si les càrregues elèctriques de les dues partícules són iguals i la força elèctrica és atractiva si les càrregues elèctriques de les dues partícules no són iguals.
La llei de Coulomb es pot expressar en l'equació matemàtica:
Descripció de la fórmula:
F12 = força elèctrica entre la partícula 1 i la partícula 2
q1 = nombre de càrregues de partícules 1
q2 = el nombre de càrregues elèctriques de la partícula 2
r12 = distància entre la partícula 1 i la partícula 2
(llegiu: èpsilon zero) = 8,854 x 10-12 C2/Nm2
k = (constant de Coulomb) = 9 x 109 Nm2/C2
F21 és la força exercida per la càrrega q2 a càrrec q1, mentre que F12 és la força exercida per la càrrega q1 a càrrec q2. F21 i F.12 es repel·leixen quan la càrrega és q1 i q2 similars i s'atreuen mútuament quan la càrrega és q1 i q2 no del mateix tipus.
F21 i F.12 tenen el mateix valor, direcció oposada i actuen sobre objectes diferents, per tant aquestes dues forces són un parell de forces d'acció-reacció.
