No artigo sobre carga eléctrica Dan tipos de carga eléctrica Explícase que as cargas eléctricas iguais repélense mentres que as cargas eléctricas diferentes atraense. Noutras palabras, os obxectos con carga positiva atraen obxectos con carga negativa, os obxectos con carga positiva repélense obxectos con carga positiva e os obxectos con carga negativa repélense obxectos con carga negativa. Este fenómeno demostra a existencia dunha forza eléctrica que actúa sobre obxectos con carga positiva e sobre obxectos con carga negativa. Que factores inflúen na magnitude da forza eléctrica entre os obxectos cargados electricamente?
O físico francés Charles Coulomb (1736–1806) realizou unha serie de experimentos na década de 1780 para investigar os factores que inflúen na magnitude da forza eléctrica entre obxectos cargados electricamente. O aparello empregado por Coulomb era similar ao que Cavendish empregou para investigar a constante gravitacional, chamada balanza de torsión. Coulomb investigou a forza eléctrica, polo que empregou dúas bólas metálicas cargadas electricamente, mentres que Cavendish investigou a forza gravitacional, polo que empregou dúas bólas de masa non cargadas electricamente.
Como funciona unha escala de torque
O funcionamento dunha báscula de torque está relacionado co tema en cuestión. torque ou momento de forza no capítulo dinámica rotacional.
O espazo na balanza de torsión é baleiro para evitar que a carga eléctrica da bóla sólida se transfira ao aire. A determinación da cantidade de carga eléctrica na bóla sólida realízase mediante o seguinte método. Inicialmente, a bóla sólida A cárgase electricamente por condución ou fricción. A bóla sólida A que se cargou electricamente conéctase á bóla sólida B, que aínda é neutra, mediante un condutor eléctrico ata que a carga eléctrica da bóla sólida A se divida equitativamente coa bóla sólida B. Se a cantidade de carga eléctrica da bóla sólida A é ½, entón a cantidade de carga eléctrica da bóla sólida B é ½. A continuación, a bóla sólida B e a bóla sólida C conéctanse cun condutor eléctrico ata que a carga eléctrica da bóla sólida B se divida equitativamente coa bóla sólida C. Se a cantidade de carga eléctrica da bóla sólida B é ¼, entón a cantidade de carga eléctrica da bóla sólida C é ¼. A cantidade de carga eléctrica e o tipo de carga eléctrica da bóla sólida 1 e da bóla sólida 2 obtéñense deste xeito.
A esfera sólida 1 e a esfera sólida 2 están cargadas electricamente, de xeito que as dúas esferas sólidas se repelen se teñen a mesma carga eléctrica ou se atraen se teñen cargas eléctricas diferentes. A existencia dunha forza atractiva ou repulsiva entre as dúas esferas sólidas cargadas electricamente fai que a esfera sólida 2 xire. Mídese o ángulo de desprazamento da esfera sólida 2 para determinar a forza eléctrica que actúa sobre as dúas esferas sólidas.
Factores que inflúen na forza eléctrica
Baseándose en experimentos realizados cunha balanza de torsión, Coulomb descubriu varias cousas.
– Neste experimento, a distancia entre as dúas bólas sólidas é sempre a mesma. Cando a cantidade de carga eléctrica na bóla sólida 1 é 1 e a cantidade de carga eléctrica na bóla sólida 2 é 1, entón a forza eléctrica que actúa sobre ambas as bólas sólidas é 1. Cando a cantidade de carga eléctrica na bóla sólida 1 é 2 e a cantidade de carga eléctrica na bóla sólida 2 é 2, entón a forza eléctrica que actúa sobre ambas as bólas sólidas é 4. Coulomb concluíu que a magnitude da forza eléctrica que actúa sobre ambas as bólas sólidas é proporcional ao produto da cantidade de carga en ambas as bólas sólidas (F ≈ q1 q2).
– Neste experimento, a cantidade de carga en ambas as bólas sólidas é sempre a mesma. Se a distancia entre as dúas bólas sólidas é 1, entón a forza eléctrica que actúa sobre ambas as bólas sólidas é 1. Se a distancia entre as dúas bólas sólidas é 2, entón a forza eléctrica que actúa sobre ambas as bólas sólidas é ¼. Coulomb concluíu que a magnitude da forza eléctrica que actúa sobre ambas as bólas sólidas é inversamente proporcional ao cadrado da distancia (F ≈ 1 / r2)
Lei de Coulomb
A lei de Coulomb é unha lei da física que explica a relación entre a forza eléctrica, a carga eléctrica e a distancia entre as cargas. Esta lei formulouse baseándose nos experimentos de Coulomb, como se explicou no artigo anterior.
Lei de Coulomb afirma que a magnitude da forza exercida por unha partícula cargada electricamente sobre outra partícula cargada electricamente é directamente proporcional ao produto da suma das cargas das dúas partículas e inversamente proporcional ao cadrado da distancia entre as dúas partículas cargadas electricamente. Esta forza actúa ao longo dunha liña recta que conecta as dúas partículas. A forza eléctrica é repulsiva se as cargas eléctricas das dúas partículas son as mesmas e a forza eléctrica é atractiva se as cargas eléctricas das dúas partículas non son as mesmas.
A lei de Coulomb pódese expresar na ecuación matemática:
Descrición da fórmula:
F12 = forza eléctrica entre a partícula 1 e a partícula 2
q1 = número de cargas de partículas 1
q2 = o número de cargas eléctricas da partícula 2
r12 = distancia entre a partícula 1 e a partícula 2
(léase: epsilon cero) = 8,854 x 10-12 C2/Nm2
k = (constante de Coulomb) = 9 x 109 Nm2/C2
F21 é a forza exercida pola carga q2 a carga q1, mentres que F12 é a forza exercida pola carga q1 a carga q2. F21 e F12 repélanse cando a carga é q1 e q2 semellantes e atráense mutuamente cando a carga é q1 e q2 non do mesmo tipo.
F21 e F12 teñen o mesmo valor, dirección oposta e actúan sobre obxectos diferentes, polo tanto estas dúas forzas constitúen un par de forzas de acción-reacción.
