În articolul despre sarcina electrică și tipurile de sarcină electrică, se explică faptul că sarcinile electrice similare se resping reciproc, în timp ce sarcinile electrice diferite se atrag reciproc. Cu alte cuvinte, obiectele încărcate pozitiv atrag obiectele încărcate negativ, obiectele încărcate pozitiv resping obiectele încărcate pozitiv, iar obiectele încărcate negativ resping obiectele încărcate negativ. Acest fenomen demonstrează existența unei forțe electrice care acționează asupra obiectelor încărcate pozitiv și asupra obiectelor încărcate negativ. Ce factori influențează magnitudinea forței electrice dintre obiectele încărcate electric?
Fizicianul francez Charles Coulomb (1736–1806) a efectuat o serie de experimente în anii 1780 pentru a investiga factorii care influențează magnitudinea forței electrice dintre obiectele încărcate electric. Aparatul folosit de Coulomb a fost similar cu cel folosit de Cavendish pentru a investiga constanta gravitațională, numită balanță de torsiune. Coulomb a investigat forța electrică, prin urmare a folosit două bile metalice încărcate electric, în timp ce Cavendish a investigat forța gravitațională, prin urmare a folosit două bile de masă neîncărcate electric.
Cum funcționează o scală de cuplu
Modul în care funcționează o scală de cuplu este legat de subiectul tratat. cuplu sau moment de forță în capitol dinamică rotațională.
Spațiul din balanța de torsiune este vid pentru a preveni transferul sarcinii electrice de pe bila solidă în aer. Determinarea cantității de sarcină electrică de pe bila solidă se face folosind următoarea metodă. Inițial, bila solidă A este încărcată electric prin conducție sau frecare. Bila solidă A, care a fost încărcată electric, este conectată la bila solidă B, care este încă neutră, folosind un conductor electric până când sarcina electrică a bilei solide A este împărțită în mod egal cu sarcina electrică a bilei solide B. Dacă sarcina electrică a bilei solide A este ½, atunci sarcina electrică a bilei solide B este ½. Apoi, bila solidă B și bila solidă C sunt conectate cu un conductor electric până când sarcina electrică a bilei solide B este împărțită în mod egal cu sarcina electrică a bilei solide C. Dacă sarcina electrică a bilei solide B este ¼, atunci sarcina electrică a bilei solide C este ¼. Cantitatea de sarcină electrică și tipul de sarcină electrică ale bilei solide 1 și 2 se obțin în acest fel.
Sfera solidă 1 și sfera solidă 2 sunt încărcate electric, astfel încât cele două sfere solide se resping reciproc dacă cele două sfere au aceeași sarcină electrică sau se atrag reciproc dacă cele două sfere au sarcini electrice diferite. Existența unei forțe de atracție sau respingere între cele două sfere solide încărcate electric determină rotirea sferei solide 2. Unghiul de deplasare al sferei solide 2 este măsurat pentru a determina forța electrică care acționează asupra celor două sfere solide.
Factorii care influențează forța electrică
Pe baza experimentelor efectuate folosind o balanță de torsiune, Coulomb a descoperit mai multe lucruri.
– În acest experiment, distanța dintre cele două bile solide este întotdeauna aceeași. Când sarcina electrică de pe bila solidă 1 este 1 și sarcina electrică de pe bila solidă 2 este 1, atunci forța electrică care acționează asupra ambelor bile solide este 1. Când sarcina electrică de pe bila solidă 1 este 2 și sarcina electrică de pe bila solidă 2 este 2, atunci forța electrică care acționează asupra ambelor bile solide este 4. Coulomb a concluzionat că magnitudinea forței electrice care acționează asupra ambelor bile solide este proporțională cu produsul dintre sarcina electrică de pe ambele bile solide (F ≈ q1 q2).
– În acest experiment, cantitatea de sarcină electrică de pe ambele bile solide este întotdeauna aceeași. Dacă distanța dintre cele două bile solide este 1, atunci forța electrică care acționează asupra ambelor bile solide este 1. Dacă distanța dintre cele două bile solide este 2, atunci forța electrică care acționează asupra ambelor bile solide este ¼. Coulomb a concluzionat că magnitudinea forței electrice care acționează asupra ambelor bile solide este invers proporțională cu pătratul distanței (F ≈ 1 / r)2)
Legea lui Coulomb
Legea lui Coulomb este o lege a fizicii care explică relația dintre forța electrică, sarcina electrică și distanța dintre sarcini. Această lege a fost formulată pe baza experimentelor lui Coulomb, așa cum s-a explicat în articolul anterior.
Legea lui Coulomb afirmă că magnitudinea forței exercitate de o particulă încărcată electric asupra unei alte particule încărcate electric este direct proporțională cu produsul sarcinilor celor două particule și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele. Această forță acționează de-a lungul unei linii drepte care leagă cele două particule. Forța electrică este de respingere dacă sarcinile electrice ale celor două particule sunt aceleași, iar forța electrică este de atracție dacă sarcinile electrice ale celor două particule nu sunt aceleași.
Legea lui Coulomb poate fi exprimată în ecuația matematică:
Descrierea formulei:
F12 = forța electrică dintre particula 1 și particula 2
q1 = numărul de sarcini ale particulelor 1
q2 = numărul de sarcini electrice ale particulei 2
r12 = distanța dintre particula 1 și particula 2
(citește: epsilon zero) = 8,854 x 10-12 C2/Nm2
k = (constanta lui Coulomb) = 9 x 109 nm2/C2
F21 este forța exercitată de sarcina q2 la sarcina q1, în timp ce F12 este forța exercitată de sarcina q1 la sarcina q2. F21 și F12 se resping reciproc când sarcina este q1 și q2 similare și se atrag reciproc când sarcina este q1 și q2 nu de același tip.
F21 și F12 au aceeași valoare, direcții opuse și acționează asupra unor obiecte diferite, prin urmare aceste două forțe formează o pereche de forțe acțiune-reacțiune.
