V článku o elektrickém náboji a typech elektrického náboje je vysvětleno, že stejné elektrické náboje se navzájem odpuzují, zatímco odlišné elektrické náboje se navzájem přitahují. Jinými slovy, kladně nabité objekty přitahují záporně nabité objekty, kladně nabité objekty odpuzují kladně nabité objekty a záporně nabité objekty odpuzují záporně nabité objekty. Tento jev ukazuje existenci elektrické síly působící na kladně nabité a záporně nabité objekty. Jaké faktory ovlivňují velikost elektrické síly mezi elektricky nabitými objekty?
Francouzský fyzik Charles Coulomb (1736–1806) provedl v 80. letech 18. století sérii experimentů, aby zkoumal faktory ovlivňující velikost elektrické síly mezi elektricky nabitými objekty. Přístroj používaný Coulombem byl podobný přístroji, který Cavendish používal ke zkoumání gravitační konstanty, nazývanému torzní váha. Coulomb zkoumal elektrickou sílu, a proto použil dvě elektricky nabité kovové koule, zatímco Cavendish zkoumal gravitační sílu, a proto použil dvě neelektricky nabité koule o určité hmotě.
Jak funguje stupnice točivého momentu
Jak funguje stupnice točivého momentu, souvisí s předmětem točivý moment nebo moment síly v kapitole rotační dynamika.
Prostor v torzní váze je vakuum, aby se zabránilo přenosu elektrického náboje na pevné kouli do vzduchu. Stanovení množství elektrického náboje na pevné kouli se provádí následující metodou. Nejprve se pevná koule A elektricky nabije vedením nebo třením. Pevná koule A, která byla elektricky nabita, se pomocí elektrického vodiče spojí s pevnou koulí B, která je stále neutrální, dokud se elektrický náboj pevné koule A rovnoměrně nerozdělí s pevnou koulí B. Pokud je množství elektrického náboje pevné koule A ½, pak je množství elektrického náboje pevné koule B ½. Poté se pevná koule B a pevná koule C spojí elektrickým vodičem, dokud se elektrický náboj pevné koule B rovnoměrně nerozdělí s pevnou koulí C. Pokud je množství elektrického náboje pevné koule B ¼, pak je množství elektrického náboje pevné koule C ¼. Tímto způsobem se získá množství elektrického náboje a typ elektrického náboje pevné koule 1 a pevné koule 2.
Pevná koule 1 a pevná koule 2 jsou elektricky nabité, takže se obě pevné koule navzájem odpuzují, pokud mají stejný elektrický náboj, nebo se navzájem přitahují, pokud mají různé elektrické náboje. Existence přitažlivé nebo odpudivé síly mezi dvěma elektricky nabitými pevnými koulemi způsobuje rotaci pevné koule 2. Měří se úhel pohybu pevné koule 2, aby se určila elektrická síla působící na obě pevné koule.
Faktory ovlivňující elektrickou sílu
Na základě experimentů provedených s použitím torzní váhy Coulomb objevil několik věcí.
– V tomto experimentu je vzdálenost mezi dvěma plnými kuličkami vždy stejná. Pokud je množství elektrického náboje na plné kouli 1 rovné 1 a množství elektrického náboje na plné kouli 2 rovné 1, pak je elektrická síla působící na obě plné koule rovna 1. Pokud je množství elektrického náboje na plné kouli 1 rovné 2 a množství elektrického náboje na plné kouli 2 rovné 2, pak je elektrická síla působící na obě plné koule rovna 4. Coulomb dospěl k závěru, že velikost elektrické síly působící na obě plné koule je úměrná součinu množství náboje na obou pevných koulích (F ≈ q1 q2).
– V tomto experimentu je množství náboje na obou pevných kuličkách vždy stejné. Pokud je vzdálenost mezi dvěma pevnými kuličkami 1, pak je elektrická síla působící na obě pevné koule 1. Pokud je vzdálenost mezi dvěma pevnými kuličkami 2, pak je elektrická síla působící na obě pevné koule ¼. Coulomb dospěl k závěru, že velikost elektrické síly působící na obě pevné koule je nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti (F ≈ 1 / r2)
Coulombův zákon
Coulombův zákon je fyzikální zákon, který vysvětluje vztah mezi elektrickou silou, elektrickým nábojem a vzdáleností mezi náboji. Tento zákon byl formulován na základě Coulombových experimentů, jak je vysvětleno v předchozím článku.
Coulombův zákon říká, že velikost síly, kterou působí jedna elektricky nabitá částice na jinou elektricky nabitou částici, je přímo úměrná součinu nábojů obou částic a nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti mezi nimi. Tato síla působí podél přímky spojující obě částice. Elektrická síla je odpudivá, pokud jsou elektrické náboje obou částic stejné, a elektrická síla je přitažlivá, pokud elektrické náboje obou částic nejsou stejné.
Coulombův zákon lze vyjádřit matematickou rovnicí:
Popis vzorce:
F12 = elektrická síla mezi částicí 1 a částicí 2
q1 = počet nábojů částic 1
q2 = počet elektrických nábojů částice 2
r12 = vzdálenost mezi částicí 1 a částicí 2
(čti: epsilon nula) = 8,854 x 10-12 C2/Nm2
k = (Coulombova konstanta) = 9 x 109 Nm2/C2
F21 je síla vyvíjená nábojem q2 při náboji q1, zatímco F.12 je síla vyvíjená nábojem q1 při náboji q2. F21 a F.12 se navzájem odpuzují, když je náboj q1 a q2 podobné a vzájemně se přitahují, když je náboj q1 a q2 ne stejný typ.
F21 a F.12 mají stejnou hodnotu, opačný směr a působí na různé objekty, proto tyto dvě síly tvoří dvojici sil akce a reakce.
