Kulono dėsnis

Straipsnyje apie elektros krūvis Dan elektros krūvio tipai Paaiškinama, kad panašūs elektros krūviai vienas kitą stumia, o skirtingi elektros krūviai vienas kitą traukia. Kitaip tariant, teigiamai įkrauti objektai traukia neigiamai įkrautus objektus, teigiamai įkrauti objektai stumia teigiamai įkrautus objektus, o neigiamai įkrauti objektai stumia neigiamai įkrautus objektus. Šis reiškinys rodo, kad egzistuoja elektrinė jėga, veikianti teigiamai ir neigiamai įkrautus objektus. Kokie veiksniai turi įtakos elektrinės jėgos tarp elektra įkrautų objektų dydžiui?

Prancūzų fizikas Charles'is Coulomb'as (1736–1806) 1780-aisiais atliko eksperimentų seriją, norėdamas ištirti veiksnius, turinčius įtakos elektros jėgos tarp elektra įkrautų objektų dydžiui. Coulombo naudotas prietaisas buvo panašus į tą, kurį Cavendishas naudojo gravitacinei konstantai tirti, vadinamas torsijos svarstyklėmis. Coulomb'as tyrė elektros jėgą, todėl naudojo du elektra įkrautus metalinius rutulius, o Cavendishas tyrė gravitacinę jėgą, todėl naudojo du neelektrinius masės rutulius.

Kaip veikia sukimo momento skalė  

 
Kaip veikia sukimo momento skalė, yra susiję su nagrinėjama tema sukimo momentas arba jėgos momentas skyriuje sukimosi dinamika.
Torsijos svarstyklių erdvė yra vakuuminė, kad kieto rutulio elektros krūvis nepersiduotų orui. Kieto rutulio elektros krūvio dydis nustatomas šiuo metodu. Iš pradžių kietas rutulys A įkraunamas elektra laidumo arba trinties būdu. Kietas rutulys A, kuris buvo įkrautas elektra, elektros laidininku sujungiamas su kietu rutuliu B, kuris vis dar neutralus, kol kieto rutulio A elektros krūvis pasidalys tolygiai su kietu rutuliu B. Jei kieto rutulio A elektros krūvis yra ½, tai kieto rutulio B elektros krūvis yra ½. Toliau kietas rutulys B ir kietas rutulys C sujungiami elektros laidininku, kol kieto rutulio B elektros krūvis pasidalys tolygiai su kietu rutuliu C. Jei kieto rutulio B elektros krūvis yra ¼, tai kieto rutulio C elektros krūvis yra ¼. Tokiu būdu gaunamas kieto rutulio 1 ir kieto rutulio 2 elektros krūvio dydis ir elektros krūvio tipas.

Kietakūnė sfera 1 ir kietakūnė sfera 2 yra elektriškai įkrautos taip, kad abi kietakūnės sferos viena kitą stumia, jei abi sferos turi vienodą elektrinį krūvį, arba traukia, jei abi sferos turi skirtingus elektrinius krūvius. Traukos arba stūmos jėgos tarp dviejų elektra įkrautų kietakūnių sferų egzistavimas priverčia kietą sferą 2 suktis. Kietakūnės sferos 2 judėjimo kampas yra matuojamas, siekiant nustatyti elektrinę jėgą, veikiančią abi kietas sferas.

Elektrinę jėgą įtakojantys veiksniai

Remdamasis eksperimentais, atliktais naudojant torsinį svarstyklę, Kulonas atrado keletą dalykų.
– Šiame eksperimente atstumas tarp dviejų kietų rutulių visada yra vienodas. Kai kieto rutulio 1 elektros krūvio dydis yra 1, o kieto rutulio 2 elektros krūvio dydis yra 1, tai abu kietus rutulius veikianti elektrinė jėga yra 1. Kai kieto rutulio 1 elektros krūvio dydis yra 2, o kieto rutulio 2 elektros krūvio dydis yra 2, tai abu kietus rutulius veikianti elektrinė jėga yra 4. Kulonas padarė išvadą, kad abu kietus rutulius veikiančios elektrinės jėgos dydis yra proporcingas abiejų kietų rutulių krūvio sandaugai (F ≈ q₁ q₂).
– Šiame eksperimente abiejų kietų rutulių krūvis visada yra vienodas. Jei atstumas tarp dviejų kietų rutulių yra 1, tai abiem kietiems rutuliams veikianti elektrinė jėga yra 1. Jei atstumas tarp dviejų kietų rutulių yra 2, tai abiem kietiems rutuliams veikianti elektrinė jėga yra ¼. Kulonas padarė išvadą, kad abiem kietiems rutuliams veikiančios elektrinės jėgos dydis yra atvirkščiai proporcingas atstumo kvadratui (F ≈ 1 / r²)

Kulono dėsnis

Kulono dėsnis yra fizikos dėsnis, paaiškinantis elektros jėgos, elektros krūvio ir atstumo tarp krūvių santykį. Šis dėsnis buvo suformuluotas remiantis Kulono eksperimentais, kaip paaiškinta ankstesniame straipsnyje.

Kulono dėsnis teigia, kad jėgos, kuria viena elektra įkrauta dalelė veikia kitą elektra įkrautą dalelę, dydis yra tiesiogiai proporcingas dviejų dalelių krūvių sumos sandaugai ir atvirkščiai proporcingas atstumo tarp dviejų elektra įkrautų dalelių kvadratui. Ši jėga veikia išilgai tiesės, jungiančios dvi daleles. Elektrinė jėga yra stumianti, jei dviejų dalelių elektros krūviai yra vienodi, o elektrinė jėga yra patraukli, jei dviejų dalelių elektros krūviai nėra vienodi.

Kulono dėsnį galima išreikšti matematine lygtimi:
Formulės aprašymas:
F₁₂ = elektrinė jėga tarp 1 ir 2 dalelių
q₁ = dalelių krūvių skaičius 1
q₂ = dalelės 2 elektrinių krūvių skaičius
r₁₂ = atstumas tarp dalelės 1 ir dalelės 2
(skaitykite: epsilono nulis) = 8,854 x 10^-12 C²/Nm²
k = (Kulombo konstanta) = 9 x 10⁹ Nm²/C²
F₂₁ yra krūvio q veikianti jėga₂ esant krūviui q₁, o F₁₂ yra krūvio q veikianti jėga₁ esant krūviui q₂. F₂₁ ir F₁₂ atstumia vienas kitą, kai krūvis yra q₁ ir q₂ panašūs ir traukia vienas kitą, kai krūvis yra q₁ ir q₂ ne tas pats tipas.
F₂₁ ir F₁₂ turi tą pačią vertę, priešingą kryptį ir veikia skirtingus objektus, todėl šios dvi jėgos yra veiksmo-atsako jėgų pora.