V članku o električni naboj dan vrste električnega naboja Pojasnjeno je, da se istoimenski električni naboji odbijajo, medtem ko se različni električni naboji privlačijo. Z drugimi besedami, pozitivno nabiti predmeti privlačijo negativno nabite predmete, pozitivno nabiti predmeti odbijajo pozitivno nabite predmete, negativno nabiti predmeti pa odbijajo negativno nabite predmete. Ta pojav kaže na obstoj električne sile, ki deluje na pozitivno in negativno nabite predmete. Kateri dejavniki vplivajo na velikost električne sile med električno nabitimi predmeti?
Francoski fizik Charles Coulomb (1736–1806) je v osemdesetih letih 1780. stoletja izvedel vrsto poskusov, s katerimi je raziskoval dejavnike, ki vplivajo na velikost električne sile med električno nabitimi predmeti. Aparatura, ki jo je uporabljal Coulomb, je bila podobna tisti, ki jo je Cavendish uporabljal za raziskovanje gravitacijske konstante, imenovani torzijska tehtnica. Coulomb je raziskoval električno silo, zato je uporabil dve električno nabiti kovinski krogli, Cavendish pa gravitacijsko silo, zato je uporabil dve neelektrično nabiti krogli z maso.
Kako deluje lestvica navora
Delovanje lestvice navora je povezano s predmetom navor ali moment sile v poglavju rotacijska dinamika.
Prostor v torzijski tehtnici je vakuum, da se prepreči prenos električnega naboja na trdni krogli v zrak. Količina električnega naboja na trdni krogli se določi z naslednjo metodo. Najprej se trdna krogla A električno nabije s prevodnostjo ali trenjem. Trdna krogla A, ki je bila električno nabita, se z električnim prevodnikom poveže s trdno kroglo B, ki je še vedno nevtralna, dokler se električni naboj trdne krogle A enakomerno ne porazdeli s trdno kroglo B. Če je količina električnega naboja trdne krogle A ½, potem je količina električnega naboja trdne krogle B ½. Nato se trdna krogla B in trdna krogla C povežeta z električnim prevodnikom, dokler se električni naboj trdne krogle B enakomerno ne porazdeli s trdno kroglo C. Če je količina električnega naboja trdne krogle B ¼, potem je količina električnega naboja trdne krogle C ¼. Na ta način se izračuna količina električnega naboja in vrsta električnega naboja trdne krogle 1 in trdne krogle 2.
Trdna krogla 1 in trdna krogla 2 sta električno nabiti, tako da se trdni krogli odbijata, če imata enak električni naboj, ali pa se privlačita, če imata različen električni naboj. Obstoj privlačne ali odbojne sile med električno nabitima trdnima kroglama povzroči vrtenje trdne krogle 2. Kot gibanja trdne krogle 2 se izmeri, da se določi električna sila, ki deluje na obe trdni krogli.
Dejavniki, ki vplivajo na električno silo
Coulomb je na podlagi poskusov, izvedenih s torzijsko tehtnico, odkril več stvari.
– V tem poskusu je razdalja med dvema trdnima kroglama vedno enaka. Ko je količina električnega naboja na trdni krogli 1 enaka 1 in količina električnega naboja na trdni krogli 2 enaka 1, potem je električna sila, ki deluje na obe trdni krogli, enaka 1. Ko je količina električnega naboja na trdni krogli 1 enaka 2 in količina električnega naboja na trdni krogli 2 enaka 2, potem je električna sila, ki deluje na obe trdni krogli, enaka 4. Coulomb je zaključil, da je velikost električne sile, ki deluje na obe trdni krogli, sorazmerna z produktom količine naboja na obeh trdnih kroglah (F ≈ q1 q2).
– V tem poskusu je količina naboja na obeh trdnih kroglah vedno enaka. Če je razdalja med obema trdnima kroglama 1, potem je električna sila, ki deluje na obe trdni krogli, enaka 1. Če je razdalja med obema trdnima kroglama 2, potem je električna sila, ki deluje na obe trdni krogli, enaka ¼. Coulomb je zaključil, da je velikost električne sile, ki deluje na obe trdni krogli, obratno sorazmerna s kvadratom razdalje (F ≈ 1 / r2)
Coulombov zakon
Coulombov zakon je fizikalni zakon, ki pojasnjuje razmerje med električno silo, električnim nabojem in razdaljo med naboji. Ta zakon je bil formuliran na podlagi Coulombovih poskusov, kot je pojasnjeno v prejšnjem članku.
Coulombov zakon pravi, da je velikost sile, ki jo električno nabit delec izvaja na drug električno nabit delec, premo sorazmerna z produktom vsote nabojev obeh delcev in obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med obema električno nabitima delcema. Ta sila deluje vzdolž premice, ki povezuje oba delca. Električna sila je odbojna, če sta električna naboja obeh delcev enaka, in električna sila je privlačna, če električna naboja obeh delcev nista enaka.
Coulombov zakon lahko izrazimo z matematično enačbo:
Opis formule:
F12 = električna sila med delcem 1 in delcem 2
q1 = število nabojev delcev 1
q2 = število električnih nabojev delca 2
r12 = razdalja med delcem 1 in delcem 2
(beri: epsilon nič) = 8,854 x 10-12 C2/Nm2
k = (Coulombova konstanta) = 9 x 109 Nm2/C2
F21 je sila, ki jo izvaja naboj q2 pri naboju q1, medtem ko je F12 je sila, ki jo izvaja naboj q1 pri naboju q2. F21 in F.12 se odbijajo, ko je naboj q1 in q2 podobni in se privlačijo, ko je naboj q1 in q2 ni iste vrste.
F21 in F.12 imata enako vrednost, nasprotno smer in delujeta na različna telesa, zato sta ti dve sili par sil akcije in reakcije.
