A cikkben arról, hogy elektromos töltés dan az elektromos töltések típusai Elmagyarázza, hogy az azonos töltések taszítják, míg az eltérő töltések vonzzák egymást. Más szóval, a pozitív töltésű testek vonzzák a negatív töltésű testeket, a pozitív töltésű testek taszítják a pozitív töltésű testeket, a negatív töltésű testek pedig taszítják a negatív töltésű testeket. Ez a jelenség azt mutatja, hogy elektromos erő hat a pozitív és a negatív töltésű testekre. Milyen tényezők befolyásolják az elektromos erő nagyságát az elektromos töltésű testek között?
Charles Coulomb (1736–1806) francia fizikus az 1780-as években kísérletsorozatot végzett az elektromosan töltött testek közötti elektromos erő nagyságát befolyásoló tényezők vizsgálatára. A Coulomb által használt készülék hasonló volt ahhoz, amelyet Cavendish a gravitációs állandó vizsgálatára használt, és amelyet torziós inganak nevezett. Coulomb az elektromos erőt vizsgálta, ezért két elektromosan töltött fémgolyót használt, míg Cavendish a gravitációs erőt vizsgálta, ezért két elektromosan nem töltött tömeggolyót.
Hogyan működik a nyomatékskála
A nyomatékskála működése a témához kapcsolódik nyomaték vagy erőnyomaték fejezetben forgási dinamika.
A torziós inga terét vákuum alkotja, hogy megakadályozza a tömör golyó elektromos töltésének átjutását a levegőbe. A tömör golyó elektromos töltésének mértékét a következő módszerrel határozzuk meg. Először az A tömör golyót vezetés vagy súrlódás útján elektromosan feltöltjük. Az elektromosan feltöltött A tömör golyót egy elektromos vezetővel összekötjük a még semleges B tömör golyóval, amíg az A tömör golyó elektromos töltése egyenletesen nem oszlik meg a B tömör golyóval. Ha az A tömör golyó elektromos töltésének mértéke ½, akkor a B tömör golyó elektromos töltésének mértéke ½. Ezután a B és a C tömör golyókat egy elektromos vezetővel összekötjük, amíg a B tömör golyó elektromos töltése egyenletesen nem oszlik meg a C tömör golyóval. Ha a B tömör golyó elektromos töltésének mértéke ¼, akkor a C tömör golyó elektromos töltésének mértéke ¼. Így megkapjuk az 1. és 2. tömör golyó elektromos töltésének mértékét és típusát.
Az 1-es és a 2-es szilárd gömb elektromos töltéssel rendelkezik, így a két szilárd gömb taszítja egymást, ha azonos az elektromos töltésük, illetve vonzza egymást, ha eltérő az elektromos töltésük. A két elektromosan töltött szilárd gömb között ható vonzó vagy taszító erő okozza a 2-es szilárd gömb elfordulását. A 2-es szilárd gömb elmozdulási szögét megmérve határozzuk meg a két szilárd gömbre ható elektromos erőt.
Az elektromos erőt befolyásoló tényezők
A torziós inga segítségével végzett kísérletek alapján Coulomb számos dolgot felfedezett.
– Ebben a kísérletben a két tömör golyó közötti távolság mindig azonos. Amikor az 1. tömör golyó elektromos töltésének mértéke 1, és a 2. tömör golyó elektromos töltésének mértéke is 1, akkor mindkét tömör golyóra ható elektromos erő 1. Amikor az 1. tömör golyó elektromos töltésének mértéke 2, és a 2. tömör golyó elektromos töltésének mértéke is 2, akkor mindkét tömör golyóra ható elektromos erő 4. Coulomb arra a következtetésre jutott, hogy a mindkét tömör golyóra ható elektromos erő nagysága arányos a két tömör golyó töltéseinek szorzatával (F ≈ q1 q2).
– Ebben a kísérletben a két tömör golyó töltésmennyisége mindig azonos. Ha a két tömör golyó közötti távolság 1, akkor a mindkét tömör golyóra ható elektromos erő 1. Ha a két tömör golyó közötti távolság 2, akkor a mindkét tömör golyóra ható elektromos erő ¼. Coulomb arra a következtetésre jutott, hogy a mindkét tömör golyóra ható elektromos erő nagysága fordítottan arányos a távolság négyzetével (F ≈ 1 / r2)
Coulomb törvénye
A Coulomb-törvény a fizika azon törvénye, amely az elektromos erő, az elektromos töltés és a töltések közötti távolság közötti kapcsolatot magyarázza. Ezt a törvényt Coulomb kísérletei alapján fogalmazták meg, amint azt az előző cikkben kifejtettük.
Coulomb törvénye kijelenti, hogy az elektromosan töltött részecske által egy másik elektromosan töltött részecskére kifejtett erő nagysága egyenesen arányos a két részecske töltésének összegével, és fordítottan arányos a két elektromosan töltött részecske közötti távolság négyzetével. Ez az erő a két részecskét összekötő egyenes vonal mentén hat. Az elektromos erő taszító, ha a két részecske elektromos töltése azonos, és vonzó, ha a két részecske elektromos töltése nem azonos.
Coulomb törvénye a következő matematikai egyenlettel fejezhető ki:
Képlet leírása:
F12 = elektromos erő az 1-es és a 2-es részecske között
q1 = részecsketöltések száma 1
q2 = a 2-es részecske elektromos töltéseinek száma
r12 = az 1. és 2. részecske közötti távolság
(értsd: epszilon nulla) = 8,854 x 10-12 C2/Nm2
k = (Coulomb-állandó) = 9 x 109 nm2/C2
F21 a q töltés által kifejtett erő2 q töltésnél1, míg F12 a q töltés által kifejtett erő1 q töltésnél2. F21 és F.12 taszítják egymást, amikor a töltés q1 és q2 hasonlóak és vonzzák egymást, amikor a töltés q1 és q2 nem ugyanaz a típus.
F21 és F.12 azonos értékűek, ellentétes irányúak és különböző tárgyakra hatnak, ezért ez a két erő egy hatás-reakció erőpárt alkot.
