In het artikel over elektrische lading Dan soorten elektrische lading Er wordt uitgelegd dat gelijke elektrische ladingen elkaar afstoten, terwijl tegengestelde elektrische ladingen elkaar aantrekken. Met andere woorden, positief geladen objecten trekken negatief geladen objecten aan, positief geladen objecten stoten positief geladen objecten af en negatief geladen objecten stoten negatief geladen objecten af. Dit fenomeen toont het bestaan aan van een elektrische kracht die inwerkt op positief en negatief geladen objecten. Welke factoren beïnvloeden de grootte van de elektrische kracht tussen elektrisch geladen objecten?
De Franse natuurkundige Charles Coulomb (1736-1806) voerde in de jaren 1780 een reeks experimenten uit om de factoren te onderzoeken die de grootte van de elektrische kracht tussen elektrisch geladen objecten beïnvloeden. De door Coulomb gebruikte opstelling was vergelijkbaar met die waarmee Cavendish de zwaartekrachtconstante onderzocht, namelijk een torsiebalans. Coulomb onderzocht de elektrische kracht en gebruikte daarom twee elektrisch geladen metalen ballen, terwijl Cavendish de zwaartekracht onderzocht en daarom twee niet-elektrisch geladen ballen met massa gebruikte.
Hoe een koppelschaal werkt
De werking van een koppelschaal hangt samen met het onderwerp. koppel of moment van kracht in hoofdstuk rotatiedynamica.
De ruimte in de torsiebalans is vacuüm om te voorkomen dat de elektrische lading van de massieve kogel naar de lucht wordt overgedragen. De hoeveelheid elektrische lading op de massieve kogel wordt als volgt bepaald. Eerst wordt massieve kogel A elektrisch geladen door geleiding of wrijving. Massieve kogel A, die elektrisch geladen is, wordt met een elektrische geleider verbonden met massieve kogel B, die nog neutraal is, totdat de elektrische lading van massieve kogel A gelijk verdeeld is over massieve kogel B. Als de elektrische lading van massieve kogel A de helft is, dan is de elektrische lading van massieve kogel B ook de helft. Vervolgens worden massieve kogel B en massieve kogel C met een elektrische geleider verbonden totdat de elektrische lading van massieve kogel B gelijk verdeeld is over massieve kogel C. Als de elektrische lading van massieve kogel B een kwart is, dan is de elektrische lading van massieve kogel C ook een kwart. Op deze manier worden de hoeveelheid en het type elektrische lading van massieve kogel 1 en massieve kogel 2 bepaald.
De massieve bol 1 en de massieve bol 2 zijn elektrisch geladen, zodat ze elkaar afstoten als ze dezelfde elektrische lading hebben, of elkaar aantrekken als ze verschillende elektrische ladingen hebben. Het bestaan van een aantrekkende of afstotende kracht tussen de twee elektrisch geladen massieve bollen zorgt ervoor dat massieve bol 2 roteert. De hoek die massieve bol 2 aflegt, wordt gemeten om de elektrische kracht te bepalen die op de twee massieve bollen werkt.
Factoren die de elektrische kracht beïnvloeden
Coulomb deed verschillende ontdekkingen op basis van experimenten met een torsiebalans.
– In dit experiment is de afstand tussen de twee massieve bollen altijd gelijk. Wanneer de elektrische lading op bol 1 gelijk is aan 1 en de elektrische lading op bol 2 gelijk is aan 1, dan is de elektrische kracht die op beide bollen werkt gelijk aan 1. Wanneer de elektrische lading op bol 1 gelijk is aan 2 en de elektrische lading op bol 2 gelijk is aan 2, dan is de elektrische kracht die op beide bollen werkt gelijk aan 4. Coulomb concludeerde dat de grootte van de elektrische kracht die op beide bollen werkt evenredig is met het product van de ladingen op beide bollen (F ≈ q).1 q2).
– In dit experiment is de hoeveelheid lading op beide massieve bollen altijd gelijk. Als de afstand tussen de twee massieve bollen 1 is, is de elektrische kracht die op beide bollen werkt 1. Als de afstand tussen de twee massieve bollen 2 is, is de elektrische kracht die op beide bollen werkt ¼. Coulomb concludeerde dat de grootte van de elektrische kracht die op beide massieve bollen werkt omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de afstand (F ≈ 1 / r²).2)
De wet van Coulomb
De wet van Coulomb is een natuurkundige wet die het verband verklaart tussen elektrische kracht, elektrische lading en de afstand tussen ladingen. Deze wet is gebaseerd op de experimenten van Coulomb, zoals uitgelegd in het vorige artikel.
De wet van Coulomb De wet van behoud van elektrische lading stelt dat de grootte van de kracht die een elektrisch geladen deeltje uitoefent op een ander elektrisch geladen deeltje recht evenredig is met het product van de som van de ladingen van de twee deeltjes en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tussen de twee elektrisch geladen deeltjes. Deze kracht werkt langs een rechte lijn die de twee deeltjes verbindt. De elektrische kracht is afstotend als de elektrische ladingen van de twee deeltjes gelijk zijn en aantrekkend als de elektrische ladingen van de twee deeltjes niet gelijk zijn.
De wet van Coulomb kan worden uitgedrukt in de volgende wiskundige vergelijking:
Formulebeschrijving:
F12 = elektrische kracht tussen deeltje 1 en deeltje 2
q1 = aantal deeltjesladingen 1
q2 = het aantal elektrische ladingen van deeltje 2
r12 = afstand tussen deeltje 1 en deeltje 2
(lees: epsilon nul) = 8,854 x 10-12 C2/Nm2
k = (de constante van Coulomb) = 9 x 109 nm2/C2
F21 is de kracht uitgeoefend door lading q2 bij lading q1, terwijl F12 is de kracht uitgeoefend door lading q1 bij lading q2. F21 en F12 stoten elkaar af wanneer de lading q is.1 en q2 gelijkvormig en trekken elkaar aan wanneer de lading q is1 en q2 niet hetzelfde type.
F21 en F12 Omdat ze dezelfde waarde hebben, maar in tegengestelde richting werken en op verschillende objecten inwerken, vormen deze twee krachten een actie-reactiekrachtpaar.
