V článku o elektrický náboj dan typy elektrického náboja Vysvetľuje sa, že rovnaké elektrické náboje sa navzájom odpudzujú, zatiaľ čo odlišné elektrické náboje sa navzájom priťahujú. Inými slovami, kladne nabité objekty priťahujú záporne nabité objekty, kladne nabité objekty odpudzujú kladne nabité objekty a záporne nabité objekty odpudzujú záporne nabité objekty. Tento jav ukazuje existenciu elektrickej sily pôsobiacej na kladne nabité a záporne nabité objekty. Aké faktory ovplyvňujú veľkosť elektrickej sily medzi elektricky nabitými objektmi?
Francúzsky fyzik Charles Coulomb (1736 – 1806) vykonal v 80. rokoch 18. storočia sériu experimentov na skúmanie faktorov ovplyvňujúcich veľkosť elektrickej sily medzi elektricky nabitými objektmi. Prístroj, ktorý používal Coulomb, bol podobný prístroju, ktorý Cavendish používal na skúmanie gravitačnej konštanty a nazýval sa torzná váha. Coulomb skúmal elektrickú silu, a preto použil dve elektricky nabité kovové gule, zatiaľ čo Cavendish skúmal gravitačnú silu, a preto použil dve neelektricky nabité gule s určitou hmotnosťou.
Ako funguje stupnica krútiaceho momentu
Ako funguje stupnica krútiaceho momentu, súvisí s predmetom štúdie. krútiaci moment alebo moment sily v kapitole rotačná dynamika.
Priestor v torzných váhach je vákuový, aby sa zabránilo prenosu elektrického náboja z pevnej gule do vzduchu. Určenie množstva elektrického náboja na pevnej guli sa vykonáva nasledujúcou metódou. Najprv sa pevná guľa A elektricky nabije vedením alebo trením. Pevná guľa A, ktorá bola elektricky nabitá, sa spojí s pevnou guľou B, ktorá je stále neutrálna, pomocou elektrického vodiča, kým sa elektrický náboj pevnej gule A rovnomerne nerozdelí s pevnou guľou B. Ak je množstvo elektrického náboja pevnej gule A ½, potom je množstvo elektrického náboja pevnej gule B ½. Ďalej sa pevná guľa B a pevná guľa C spoja elektrickým vodičom, kým sa elektrický náboj pevnej gule B rovnomerne nerozdelí s pevnou guľou C. Ak je množstvo elektrického náboja pevnej gule B ¼, potom je množstvo elektrického náboja pevnej gule C ¼. Týmto spôsobom sa získa množstvo elektrického náboja a typ elektrického náboja pevnej gule 1 a pevnej gule 2.
Pevná guľa 1 a pevná guľa 2 sú elektricky nabité, takže sa navzájom odpudzujú, ak majú rovnaký elektrický náboj, alebo sa navzájom priťahujú, ak majú rôzne elektrické náboje. Existencia príťažlivej alebo odpudivej sily medzi dvoma elektricky nabitými pevnými guľami spôsobuje otáčanie pevnej gule 2. Uhol pohybu pevnej gule 2 sa meria na určenie elektrickej sily pôsobiacej na dve pevné gule.
Faktory, ktoré ovplyvňujú elektrickú silu
Na základe experimentov vykonaných s použitím torzných váh Coulomb objavil niekoľko vecí.
– V tomto experimente je vzdialenosť medzi dvoma pevnými guľami vždy rovnaká. Keď je množstvo elektrického náboja na pevnej guli 1 1 a množstvo elektrického náboja na pevnej guli 2 je 1, potom elektrická sila pôsobiaca na obe pevné gule je 1. Keď je množstvo elektrického náboja na pevnej guli 1 2 a množstvo elektrického náboja na pevnej guli 2 je 2, potom elektrická sila pôsobiaca na obe pevné gule je 4. Coulomb dospel k záveru, že veľkosť elektrickej sily pôsobiacej na obe pevné gule je úmerná súčinu množstva náboja na oboch pevných guliach (F ≈ q1 q2).
– V tomto experimente je množstvo náboja na oboch pevných guľôčkach vždy rovnaké. Ak je vzdialenosť medzi dvoma pevnými guľôčkami 1, potom je elektrická sila pôsobiaca na obe pevné guľôčky 1. Ak je vzdialenosť medzi dvoma pevnými guľôčkami 2, potom je elektrická sila pôsobiaca na obe pevné guľôčky ¼. Coulomb dospel k záveru, že veľkosť elektrickej sily pôsobiacej na obe pevné guľôčky je nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti (F ≈ 1 / r2)
Coulombov zákon
Coulombov zákon je fyzikálny zákon, ktorý vysvetľuje vzťah medzi elektrickou silou, elektrickým nábojom a vzdialenosťou medzi nábojmi. Tento zákon bol formulovaný na základe Coulombových experimentov, ako je vysvetlené v predchádzajúcom článku.
Coulombov zákon uvádza, že veľkosť sily, ktorou pôsobí elektricky nabitá častica na inú elektricky nabitú časticu, je priamo úmerná súčinu súčtu nábojov dvoch častíc a nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti medzi dvoma elektricky nabitými časticami. Táto sila pôsobí pozdĺž priamky spájajúcej tieto dve častice. Elektrická sila je odpudivá, ak sú elektrické náboje dvoch častíc rovnaké, a elektrická sila je príťažlivá, ak elektrické náboje dvoch častíc nie sú rovnaké.
Coulombov zákon možno vyjadriť matematickou rovnicou:
Popis vzorca:
F12 = elektrická sila medzi časticami 1 a 2
q1 = počet nábojov častíc 1
q2 = počet elektrických nábojov častice 2
r12 = vzdialenosť medzi časticami 1 a 2
(čítaj: epsilón nula) = 8,854 x 10-12 C2/Nm2
k = (Coulombova konštanta) = 9 x 109 nm2/C2
F21 je sila, ktorou pôsobí náboj q2 pri náboji q1, zatiaľ čo F.12 je sila, ktorou pôsobí náboj q1 pri náboji q2, F21 a F.12 sa navzájom odpudzujú, keď je náboj q1 a q2 podobné a navzájom sa priťahujú, keď je náboj q1 a q2 nie je toho istého typu.
F21 a F.12 majú rovnakú hodnotu, opačný smer a pôsobia na rôzne objekty, preto tieto dve sily tvoria dvojicu akčných a reakčných síl.
