Στο άρθρο σχετικά με ηλεκτρικό φορτίο dan είδη ηλεκτρικού φορτίου Εξηγείται ότι παρόμοια ηλεκτρικά φορτία απωθούνται, ενώ αντίθετα ηλεκτρικά φορτία έλκονται μεταξύ τους. Με άλλα λόγια, τα θετικά φορτισμένα αντικείμενα έλκουν αρνητικά φορτισμένα αντικείμενα, τα θετικά φορτισμένα αντικείμενα απωθούν τα θετικά φορτισμένα αντικείμενα και τα αρνητικά φορτισμένα αντικείμενα απωθούν τα αρνητικά φορτισμένα αντικείμενα. Αυτό το φαινόμενο δείχνει την ύπαρξη μιας ηλεκτρικής δύναμης που ασκείται σε θετικά φορτισμένα και αρνητικά φορτισμένα αντικείμενα. Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν το μέγεθος της ηλεκτρικής δύναμης μεταξύ ηλεκτρικά φορτισμένων αντικειμένων;
Ο Γάλλος φυσικός Charles Coulomb (1736–1806) διεξήγαγε μια σειρά πειραμάτων τη δεκαετία του 1780 για να διερευνήσει τους παράγοντες που επηρεάζουν το μέγεθος της ηλεκτρικής δύναμης μεταξύ ηλεκτρικά φορτισμένων αντικειμένων. Η συσκευή που χρησιμοποίησε ο Coulomb ήταν παρόμοια με αυτή που χρησιμοποίησε ο Cavendish για να διερευνήσει τη σταθερά βαρύτητας, που ονομάζεται ισορροπία στρέψης. Ο Coulomb διερεύνησε την ηλεκτρική δύναμη, επομένως χρησιμοποίησε δύο ηλεκτρικά φορτισμένες μεταλλικές σφαίρες, ενώ ο Cavendish διερεύνησε τη βαρυτική δύναμη, επομένως χρησιμοποίησε δύο μη ηλεκτρικά φορτισμένες σφαίρες μάζας.
Πώς λειτουργεί μια κλίμακα ροπής
Ο τρόπος λειτουργίας μιας κλίμακας ροπής σχετίζεται με το θέμα ροπή ή ροπή δύναμης στο κεφάλαιο περιστροφική δυναμική.
Ο χώρος στον ζυγό στρέψης είναι κενός για να αποτραπεί η μεταφορά του ηλεκτρικού φορτίου στην συμπαγή σφαίρα στον αέρα. Ο προσδιορισμός της ποσότητας ηλεκτρικού φορτίου στην συμπαγή σφαίρα γίνεται χρησιμοποιώντας την ακόλουθη μέθοδο. Αρχικά, η συμπαγής σφαίρα Α φορτίζεται ηλεκτρικά μέσω αγωγιμότητας ή τριβής. Η συμπαγής σφαίρα Α, η οποία έχει φορτιστεί ηλεκτρικά, συνδέεται με τη συμπαγή σφαίρα Β, η οποία παραμένει ουδέτερη, χρησιμοποιώντας έναν ηλεκτρικό αγωγό μέχρι το ηλεκτρικό φορτίο της συμπαγούς σφαίρας Α να κατανεμηθεί ομοιόμορφα με τη συμπαγή σφαίρα Β. Εάν η ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου της συμπαγούς σφαίρας Α είναι ½, τότε η ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου της συμπαγούς σφαίρας Β είναι ½. Στη συνέχεια, η συμπαγής σφαίρα Β και η συμπαγής σφαίρα C συνδέονται με έναν ηλεκτρικό αγωγό μέχρι το ηλεκτρικό φορτίο της συμπαγούς σφαίρας Β να κατανεμηθεί ομοιόμορφα με τη συμπαγή σφαίρα C. Εάν η ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου της συμπαγούς σφαίρας Β είναι ¼, τότε η ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου της συμπαγούς σφαίρας C είναι ¼. Η ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου και ο τύπος ηλεκτρικού φορτίου της συμπαγούς σφαίρας 1 και της συμπαγούς σφαίρας 2 λαμβάνονται με αυτόν τον τρόπο.
Η στερεά σφαίρα 1 και η στερεά σφαίρα 2 είναι ηλεκτρικά φορτισμένες έτσι ώστε οι δύο στερεές σφαίρες να απωθούνται η μία την άλλη εάν οι δύο σφαίρες έχουν το ίδιο ηλεκτρικό φορτίο ή να έλκονται η μία την άλλη εάν οι δύο σφαίρες έχουν διαφορετικά ηλεκτρικά φορτία. Η ύπαρξη μιας ελκτικής ή απωστικής δύναμης μεταξύ των δύο ηλεκτρικά φορτισμένων στερεών σφαιρών προκαλεί την περιστροφή της στερεάς σφαίρας 2. Η γωνία κίνησης της στερεάς σφαίρας 2 μετριέται για να προσδιοριστεί η ηλεκτρική δύναμη που ασκείται στις δύο στερεές σφαίρες.
Παράγοντες που επηρεάζουν την ηλεκτρική δύναμη
Βασιζόμενος σε πειράματα που διεξήχθησαν χρησιμοποιώντας μια ζυγαριά στρέψης, ο Κουλόμπ ανακάλυψε πολλά πράγματα.
– Σε αυτό το πείραμα, η απόσταση μεταξύ των δύο συμπαγών σφαιρών είναι πάντα η ίδια. Όταν η ποσότητα του ηλεκτρικού φορτίου στη συμπαγή μπάλα 1 είναι 1 και η ποσότητα του ηλεκτρικού φορτίου στη συμπαγή μπάλα 2 είναι 1, τότε η ηλεκτρική δύναμη που ασκείται και στις δύο συμπαγείς μπάλες είναι 1. Όταν η ποσότητα του ηλεκτρικού φορτίου στη συμπαγή μπάλα 1 είναι 2 και η ποσότητα του ηλεκτρικού φορτίου στη συμπαγή μπάλα 2 είναι 2, τότε η ηλεκτρική δύναμη που ασκείται και στις δύο συμπαγείς μπάλες είναι 4. Ο Κουλόμπ κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το μέγεθος της ηλεκτρικής δύναμης που ασκείται και στις δύο συμπαγείς μπάλες είναι ανάλογο με το γινόμενο της ποσότητας φορτίου και στις δύο συμπαγείς μπάλες (F ≈ q1 q2).
– Σε αυτό το πείραμα, η ποσότητα φορτίου και στις δύο συμπαγείς σφαίρες είναι πάντα η ίδια. Εάν η απόσταση μεταξύ των δύο συμπαγών σφαιρών είναι 1, τότε η ηλεκτρική δύναμη που ασκείται και στις δύο συμπαγείς σφαίρες είναι 1. Εάν η απόσταση μεταξύ των δύο συμπαγών σφαιρών είναι 2, τότε η ηλεκτρική δύναμη που ασκείται και στις δύο συμπαγείς σφαίρες είναι ¼. Ο Κουλόμπ κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το μέγεθος της ηλεκτρικής δύναμης που ασκείται και στις δύο συμπαγείς σφαίρες είναι αντιστρόφως ανάλογο με το τετράγωνο της απόστασης (F ≈ 1 / r2)
Νόμος του Κουλόμπ
Ο νόμος του Κουλόμπ είναι ένας νόμος της φυσικής που εξηγεί τη σχέση μεταξύ της ηλεκτρικής δύναμης, του ηλεκτρικού φορτίου και της απόστασης μεταξύ των φορτίων. Αυτός ο νόμος διατυπώθηκε με βάση τα πειράματα του Κουλόμπ, όπως εξηγήθηκε στο προηγούμενο άρθρο.
Νόμος του Κουλόμπ δηλώνει ότι το μέγεθος της δύναμης που ασκείται από ένα ηλεκτρικά φορτισμένο σωματίδιο σε ένα άλλο ηλεκτρικά φορτισμένο σωματίδιο είναι ευθέως ανάλογο με το γινόμενο του αθροίσματος των φορτίων των δύο σωματιδίων και αντιστρόφως ανάλογο με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ των δύο ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων. Αυτή η δύναμη ασκείται κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής που συνδέει τα δύο σωματίδια. Η ηλεκτρική δύναμη είναι απωστική εάν τα ηλεκτρικά φορτία των δύο σωματιδίων είναι τα ίδια και η ηλεκτρική δύναμη είναι ελκτική εάν τα ηλεκτρικά φορτία των δύο σωματιδίων δεν είναι τα ίδια.
Ο νόμος του Κουλόμπ μπορεί να εκφραστεί με τη μαθηματική εξίσωση:
Περιγραφή τύπου:
F12 = ηλεκτρική δύναμη μεταξύ σωματιδίου 1 και σωματιδίου 2
q1 = αριθμός φορτίων σωματιδίων 1
q2 = ο αριθμός των ηλεκτρικών φορτίων του σωματιδίου 2
r12 = απόσταση μεταξύ σωματιδίου 1 και σωματιδίου 2
(διαβάστε: έψιλον μηδέν) = 8,854 x 10-12 C2/Nm2
k = (σταθερά Κουλόμπ) = 9 x 109 Nm2/C2
F21 είναι η δύναμη που ασκείται από το φορτίο q2 με χρέωση q1, ενώ το Φ12 είναι η δύναμη που ασκείται από το φορτίο q1 με χρέωση q2. φά21 και Φ12 απωθούνται μεταξύ τους όταν το φορτίο είναι q1 και q2 όμοια και έλκονται μεταξύ τους όταν το φορτίο είναι q1 και q2 όχι του ίδιου τύπου.
F21 και Φ12 έχουν την ίδια τιμή, αντίθετη κατεύθυνση και δρουν σε διαφορετικά αντικείμενα, επομένως αυτές οι δύο δυνάμεις αποτελούν ένα ζεύγος δυνάμεων δράσης-αντίδρασης.
