Nell'articolo sulla carica elettrica e sui suoi tipi, viene spiegato che le cariche elettriche dello stesso segno si respingono, mentre quelle di segno opposto si attraggono. In altre parole, gli oggetti caricati positivamente attraggono quelli caricati negativamente, gli oggetti caricati positivamente si respingono a vicenda e gli oggetti caricati negativamente si respingono tra loro. Questo fenomeno dimostra l'esistenza di una forza elettrica che agisce sia sugli oggetti caricati positivamente che su quelli caricati negativamente. Quali fattori influenzano l'intensità della forza elettrica tra oggetti elettricamente carichi?
Il fisico francese Charles Coulomb (1736–1806) condusse una serie di esperimenti negli anni 1780 per studiare i fattori che influenzano l'intensità della forza elettrica tra oggetti elettricamente carichi. L'apparato utilizzato da Coulomb era simile a quello impiegato da Cavendish per studiare la costante gravitazionale, chiamato bilancia di torsione. Coulomb studiò la forza elettrica, quindi utilizzò due sfere metalliche elettricamente cariche, mentre Cavendish studiò la forza gravitazionale, quindi utilizzò due sfere di massa nulla non elettricamente cariche.
Come funziona una scala di coppia
Il funzionamento di una scala di coppia è correlato all'argomento trattato. coppia o momento di forza nel capitolo dinamica rotazionale.
Lo spazio all'interno della bilancia di torsione è sottovuoto per impedire che la carica elettrica sulla sfera solida si trasferisca nell'aria. La determinazione della quantità di carica elettrica sulla sfera solida viene effettuata utilizzando il seguente metodo. Inizialmente, la sfera solida A viene caricata elettricamente per conduzione o attrito. La sfera solida A, caricata elettricamente, viene collegata alla sfera solida B, ancora neutra, tramite un conduttore elettrico fino a quando la carica elettrica della sfera solida A non si divide equamente con quella della sfera solida B. Se la quantità di carica elettrica della sfera solida A è ½, allora anche la quantità di carica elettrica della sfera solida B è ½. Successivamente, le sfere solide B e C vengono collegate tramite un conduttore elettrico fino a quando la carica elettrica della sfera solida B non si divide equamente con quella della sfera solida C. Se la quantità di carica elettrica della sfera solida B è ¼, allora anche la quantità di carica elettrica della sfera solida C è ¼. In questo modo si ottengono la quantità e il tipo di carica elettrica delle sfere solide 1 e 2.
La sfera solida 1 e la sfera solida 2 sono cariche elettricamente in modo tale che si respingano se hanno la stessa carica elettrica o si attraggano se hanno cariche elettriche diverse. L'esistenza di una forza attrattiva o repulsiva tra le due sfere solide cariche elettricamente provoca la rotazione della sfera solida 2. L'angolo di rotazione della sfera solida 2 viene misurato per determinare la forza elettrica che agisce sulle due sfere solide.
Fattori che influenzano la forza elettrica
Basandosi su esperimenti condotti utilizzando una bilancia di torsione, Coulomb scoprì diverse cose.
– In questo esperimento, la distanza tra le due sfere solide è sempre la stessa. Quando la quantità di carica elettrica sulla sfera solida 1 è 1 e la quantità di carica elettrica sulla sfera solida 2 è 1, allora la forza elettrica che agisce su entrambe le sfere solide è 1. Quando la quantità di carica elettrica sulla sfera solida 1 è 2 e la quantità di carica elettrica sulla sfera solida 2 è 2, allora la forza elettrica che agisce su entrambe le sfere solide è 4. Coulomb concluse che l'intensità della forza elettrica che agisce su entrambe le sfere solide è proporzionale al prodotto della quantità di carica su entrambe le sfere solide (F ≈ q1 q2).
– In questo esperimento, la quantità di carica su entrambe le sfere solide è sempre la stessa. Se la distanza tra le due sfere solide è 1, allora la forza elettrica che agisce su entrambe le sfere solide è 1. Se la distanza tra le due sfere solide è 2, allora la forza elettrica che agisce su entrambe le sfere solide è ¼. Coulomb concluse che l'intensità della forza elettrica che agisce su entrambe le sfere solide è inversamente proporzionale al quadrato della distanza (F ≈ 1 / r2)
Legge di Coulomb
La legge di Coulomb è una legge della fisica che spiega la relazione tra forza elettrica, carica elettrica e distanza tra le cariche. Questa legge è stata formulata sulla base degli esperimenti di Coulomb, come spiegato nell'articolo precedente.
La legge di Coulomb afferma che l'intensità della forza esercitata da una particella elettricamente carica su un'altra particella elettricamente carica è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche delle due particelle e inversamente proporzionale al quadrato della distanza che le separa. Questa forza agisce lungo la linea retta che congiunge le due particelle. La forza elettrica è repulsiva se le cariche elettriche delle due particelle sono uguali e attrattiva se le cariche elettriche delle due particelle sono diverse.
La legge di Coulomb può essere espressa mediante la seguente equazione matematica:
Descrizione della formula:
F12 = forza elettrica tra la particella 1 e la particella 2
q1 = numero di cariche delle particelle 1
q2 = il numero di cariche elettriche della particella 2
r12 = distanza tra la particella 1 e la particella 2
(leggere: epsilon zero) = 8,854 x 10 all'12 ottobre C2/Nm2
k = (costante di Coulomb) = 9 x 109 nm2/C2
F21 è la forza esercitata dalla carica q2 a carico q1, mentre F12 è la forza esercitata dalla carica q1 a carico q2. F21 e F12 si respingono a vicenda quando la carica è q1 E q2 simili e si attraggono a vicenda quando la carica è q1 E q2 non dello stesso tipo.
F21 e F12 Hanno lo stesso valore, direzione opposta e agiscono su oggetti diversi, quindi queste due forze costituiscono una coppia di forze azione-reazione.
