Artiklis elektrilaengu ja elektrilaengute tüüpide kohta selgitatakse, et sarnased elektrilaengud tõukuvad üksteist, samas kui erinevad elektrilaengud tõmbuvad üksteist. Teisisõnu, positiivselt laetud objektid tõmbavad ligi negatiivselt laetud objekte, positiivselt laetud objektid tõukavad positiivselt laetud objekte ja negatiivselt laetud objektid tõukavad negatiivselt laetud objekte. See nähtus näitab elektrilise jõu olemasolu, mis mõjub positiivselt ja negatiivselt laetud objektidele. Millised tegurid mõjutavad elektrilise jõu suurust elektrilaengu objektide vahel?
Prantsuse füüsik Charles Coulomb (1736–1806) viis 1780. aastatel läbi rea katseid, et uurida tegureid, mis mõjutavad elektrilaenguga objektide vahelise elektrilise jõu suurust. Coulombi kasutatav seade oli sarnane sellele, mida Cavendish kasutas gravitatsioonikonstandi uurimiseks ja mida nimetatakse torsioonkaaluks. Coulomb uuris elektrilist jõudu, seetõttu kasutas ta kahte elektrilaenguga metallkuuli, Cavendish aga uuris gravitatsioonijõudu, seetõttu kasutas ta kahte elektrilaenguta massiga kuuli.
Kuidas pöördemomendi skaala töötab
Pöördemomendi skaala toimimine on seotud teemaga pöördemoment või jõumoment peatükis pöörlemisdünaamika.
Torsioonkaalu ruum on vaakum, et vältida tahke kuuli elektrilaengu ülekandumist õhku. Tahke kuuli elektrilaengu hulka määratakse järgmise meetodi abil. Esmalt laetakse tahke kuul A juhtivuse või hõõrdumise teel elektriliselt. Elektriliselt laetud tahke kuul A ühendatakse elektrijuhi abil neutraalse tahke kuuliga B, kuni tahke kuuli A elektrilaeng on tahke kuuli B laenguga võrdselt jagatud. Kui tahke kuuli A elektrilaengu hulk on ½, siis on tahke kuuli B elektrilaengu hulk ½. Seejärel ühendatakse tahke kuul B ja tahke kuul C elektrijuhiga, kuni tahke kuuli B elektrilaeng on tahke kuuli C laenguga võrdselt jagatud. Kui tahke kuuli B elektrilaengu hulk on ¼, siis on tahke kuuli C elektrilaengu hulk ¼. Sel viisil saadakse tahke kuuli 1 ja tahke kuuli 2 elektrilaengu hulk ja tüüp.
Keradel 1 ja 2 on elektriline laeng, nii et need kaks kera tõukuvad teineteist, kui kahel keral on sama elektrilaeng, või tõmbuvad teineteisesse, kui kahel keral on erinevad elektrilaengud. Kera 2 pöörlemise põhjuseks on tõmbe- või tõukejõu olemasolu kahe elektriliselt laetud kera vahel. Kera 2 liikumisnurka mõõdetakse, et määrata kahele kerale mõjuv elektriline jõud.
Elektrilist jõudu mõjutavad tegurid
Torsioonkaalu abil läbi viidud katsete põhjal avastas Coulomb mitu asja.
– Selles katses on kahe tahke palli vaheline kaugus alati sama. Kui tahke palli 1 elektrilaengu suurus on 1 ja tahke palli 2 elektrilaengu suurus on 1, siis on mõlemale pallile mõjuv elektrijõud 1. Kui tahke palli 1 elektrilaengu suurus on 2 ja tahke palli 2 elektrilaengu suurus on 2, siis on mõlemale pallile mõjuv elektrijõud 4. Coulomb jõudis järeldusele, et mõlemale pallile mõjuva elektrijõu suurus on võrdeline mõlema palli laengu suuruse korrutisega (F ≈ q1 q2).
– Selles katses on mõlema palli laengu hulk alati sama. Kui kahe palli vaheline kaugus on 1, siis on mõlemale pallile mõjuv elektriline jõud 1. Kui kahe palli vaheline kaugus on 2, siis on mõlemale pallile mõjuv elektriline jõud ¼. Coulomb jõudis järeldusele, et mõlemale pallile mõjuva elektrilise jõu suurus on pöördvõrdeline kauguse ruuduga (F ≈ 1 / r2)
Coulombi seadus
Coulombi seadus on füüsikaseadus, mis selgitab elektrijõu, elektrilaengu ja laengutevahelise kauguse vahelist seost. See seadus sõnastati Coulombi katsete põhjal, nagu eelmises artiklis selgitatud.
Coulombi seadus sätestab, et ühe elektriliselt laetud osakese poolt teisele elektriliselt laetud osakesele avaldatava jõu suurus on otseselt proportsionaalne kahe osakese laengute korrutisega ja pöördvõrdeline nendevahelise kauguse ruuduga. See jõud toimib piki kahte osakest ühendavat sirgjoont. Elektriline jõud on tõukejõud, kui kahe osakese elektrilaengud on samad, ja elektriline jõud on ligitõmbavjõud, kui kahe osakese elektrilaengud ei ole samad.
Coulombi seadust saab väljendada matemaatilise võrrandiga:
Valemi kirjeldus:
F12 = elektriline jõud osakese 1 ja osakese 2 vahel
q1 = osakeste laengute arv 1
q2 = osakese 2 elektrilaengute arv
r12 = osakese 1 ja osakese 2 vaheline kaugus
(loe: epsilon null) = 8,854 x 10-12 C2/Nm2
k = (Coulombi konstant) = 9 x 109 Nm2/C2
F21 on laengu q poolt avaldatav jõud2 laengu q juures1, samas kui F12 on laengu q poolt avaldatav jõud1 laengu q juures2. F21 ja F12 tõukuvad teineteist, kui laeng on q1 ja q2 sarnased ja tõmbuvad üksteise poole, kui laeng on q1 ja q2 mitte sama tüüpi.
F21 ja F12 omavad sama väärtust, on vastassuunas ja toimivad erinevatele objektidele, seega moodustavad need kaks jõudu tegevus-reaktsioonjõu paari.
