Coulombs lov

I artiklen om elektrisk ladning dan typer af elektrisk ladning Det forklares, at ens elektriske ladninger frastøder hinanden, mens ulig elektriske ladninger tiltrækker hinanden. Med andre ord tiltrækker positivt ladede objekter negativt ladede objekter, positivt ladede objekter frastøder positivt ladede objekter, og negativt ladede objekter frastøder negativt ladede objekter. Dette fænomen viser eksistensen af ​​en elektrisk kraft, der virker på positivt ladede objekter og negativt ladede objekter. Hvilke faktorer påvirker størrelsen af ​​den elektriske kraft mellem elektrisk ladede objekter?

Den franske fysiker Charles Coulomb (1736-1806) udførte en række eksperimenter i 1780'erne for at undersøge de faktorer, der påvirker størrelsen af ​​den elektriske kraft mellem elektrisk ladede objekter. Det apparat, som Coulomb brugte, lignede det, Cavendish brugte til at undersøge tyngdekonstanten, kaldet en torsionsbalance. Coulomb undersøgte den elektriske kraft, derfor brugte han to elektrisk ladede metalkugler, mens Cavendish undersøgte tyngdekraften, derfor brugte han to ikke-elektrisk ladede kugler med masse.

Sådan fungerer en momentskala  

 
Hvordan en momentskala fungerer, er relateret til emnet drejningsmoment eller kraftmoment i kapitel rotationsdynamik.
Rummet i torsionsbalancen er vakuum for at forhindre den elektriske ladning på den massive kugle i at overføres til luften. Bestemmelse af mængden af ​​elektrisk ladning på den massive kugle udføres ved hjælp af følgende metode. Først gøres den massive kugle A elektrisk ladet gennem ledning eller friktion. Den massive kugle A, som er blevet elektrisk ladet, forbindes til den massive kugle B, som stadig er neutral, ved hjælp af en elektrisk leder, indtil den elektriske ladning af den massive kugle A er ligeligt delt med den massive kugle B. Hvis mængden af ​​elektrisk ladning af den massive kugle A er ½, er mængden af ​​elektrisk ladning af den massive kugle B ½. Derefter forbindes den massive kugle B og den massive kugle C med en elektrisk leder, indtil den elektriske ladning af den massive kugle B er ligeligt delt med den massive kugle C. Hvis mængden af ​​elektrisk ladning af den massive kugle B er ¼, er mængden af ​​elektrisk ladning af den massive kugle C ¼. Mængden af ​​elektrisk ladning og typen af ​​elektrisk ladning af den massive kugle 1 og den massive kugle 2 opnås på denne måde.

Kugle 1 og kugle 2 er elektrisk ladede, således at de to kugler frastøder hinanden, hvis de to kugler har samme elektriske ladning, eller tiltrækker hinanden, hvis de to kugler har forskellige elektriske ladninger. Eksistensen af ​​en tiltrækkende eller frastødende kraft mellem de to elektrisk ladede kugler får kugle 2 til at rotere. Kugle 2's bevægelsesvinkel måles for at bestemme den elektriske kraft, der virker på de to kugler.

Faktorer der påvirker elektrisk kraft

Baseret på eksperimenter udført med en torsionsbalance opdagede Coulomb flere ting.
– I dette eksperiment er afstanden mellem de to massive kugler altid den samme. Når mængden af ​​elektrisk ladning på massiv kugle 1 er 1, og mængden af ​​elektrisk ladning på massiv kugle 2 er 1, så er den elektriske kraft, der virker på begge massive kugler, 1. Når mængden af ​​elektrisk ladning på massiv kugle 1 er 2, og mængden af ​​elektrisk ladning på massiv kugle 2 er 2, så er den elektriske kraft, der virker på begge massive kugler, 4. Coulomb konkluderede, at størrelsen af ​​den elektriske kraft, der virker på begge massive kugler, er proportional med produktet af mængden af ​​ladning på begge massive kugler (F ≈ q₁ q₂).
– I dette eksperiment er ladningsmængden på begge massive kugler altid den samme. Hvis afstanden mellem de to massive kugler er 1, er den elektriske kraft, der virker på begge massive kugler, 1. Hvis afstanden mellem de to massive kugler er 2, er den elektriske kraft, der virker på begge massive kugler, ¼. Coulomb konkluderede, at størrelsen af ​​den elektriske kraft, der virker på begge massive kugler, er omvendt proportional med kvadratet af afstanden (F ≈ 1 / r²)

Coulombs lov

Coulombs lov er en fysiklov, der forklarer forholdet mellem elektrisk kraft, elektrisk ladning og afstanden mellem ladninger. Denne lov blev formuleret baseret på Coulombs eksperimenter, som forklaret i den foregående artikel.

Coulombs lov angiver, at størrelsen af ​​den kraft, som en elektrisk ladet partikel udøver på en anden elektrisk ladet partikel, er direkte proportional med produktet af summen af ​​ladningerne på de to partikler og omvendt proportional med kvadratet af afstanden mellem de to elektrisk ladede partikler. Denne kraft virker langs en ret linje, der forbinder de to partikler. Den elektriske kraft er frastødende, hvis de to partiklers elektriske ladninger er de samme, og den elektriske kraft er tiltrækkende, hvis de to partiklers elektriske ladninger ikke er de samme.

Coulombs lov kan udtrykkes i den matematiske ligning:
Formelbeskrivelse:
F₁₂ = elektrisk kraft mellem partikel 1 og partikel 2
q₁ = antal partikelladninger 1
q₂ = antallet af elektriske ladninger af partikel 2
r₁₂ = afstand mellem partikel 1 og partikel 2
(læs: epsilon nul) = 8,854 x 10^-12 C²/Nm²
k = (Coulombs konstant) = 9 x 10⁹ nm²/C²
F₂₁ er den kraft, der udøves af ladning q₂ ved opladning q₁, mens F₁₂ er den kraft, der udøves af ladning q₁ ved opladning q₂. F₂₁ og F₁₂ frastøder hinanden, når ladningen er q₁ og q₂ ens og tiltrækker hinanden, når ladningen er q₁ og q₂ ikke den samme type.
F₂₁ og F₁₂ har samme værdi, modsat retning og virker på forskellige objekter, derfor er disse to kræfter et handlings-reaktionskraftpar.