I artikeln om elektrisk laddning dan typer av elektrisk laddning Det förklaras att lika elektriska laddningar stöter bort varandra medan olika elektriska laddningar attraherar varandra. Med andra ord, positivt laddade föremål attraherar negativt laddade föremål, positivt laddade föremål stöter bort positivt laddade föremål och negativt laddade föremål stöter bort negativt laddade föremål. Detta fenomen visar att det finns en elektrisk kraft som verkar på positivt laddade föremål och negativt laddade föremål. Vilka faktorer påverkar storleken på den elektriska kraften mellan elektriskt laddade föremål?
Den franske fysikern Charles Coulomb (1736–1806) genomförde en serie experiment på 1780-talet för att undersöka de faktorer som påverkar storleken på den elektriska kraften mellan elektriskt laddade föremål. Apparaturen som Coulomb använde liknade den som Cavendish använde för att undersöka gravitationskonstanten, kallad torsionsbalans. Coulomb undersökte den elektriska kraften, därför använde han två elektriskt laddade metallkulor, medan Cavendish undersökte gravitationskraften, därför använde han två icke-elektriskt laddade massakulor.
Hur en momentskala fungerar
Hur en momentskala fungerar är relaterat till ämnet vridmoment eller kraftmoment i kapitel rotationsdynamik.
Utrymmet i torsionsbalansen är vakuum för att förhindra att den elektriska laddningen på den solida bollen överförs till luften. Bestämning av mängden elektrisk laddning på den solida bollen görs med följande metod. Inledningsvis görs den solida bollen A elektriskt laddad genom ledning eller friktion. Den solida bollen A, som har blivit elektriskt laddad, ansluts till den solida bollen B, som fortfarande är neutral, med hjälp av en elektrisk ledare tills den elektriska laddningen för den solida bollen A är jämnt fördelad med den solida bollen B. Om mängden elektrisk laddning för den solida bollen A är ½, är mängden elektrisk laddning för den solida bollen B ½. Därefter ansluts den solida bollen B och den solida bollen C med en elektrisk ledare tills den elektriska laddningen för den solida bollen B är jämnt fördelad med den solida bollen C. Om mängden elektrisk laddning för den solida bollen B är ¼, är mängden elektrisk laddning för den solida bollen C ¼. Mängden elektrisk laddning och typen av elektrisk laddning för den solida bollen 1 och den solida bollen 2 erhålls på detta sätt.
Fast sfär 1 och fast sfär 2 är elektriskt laddade så att de två fasta sfärerna stöter bort varandra om de två sfärerna har samma elektriska laddning eller attraherar varandra om de två sfärerna har olika elektriska laddningar. Förekomsten av en attraktions- eller repellerande kraft mellan de två elektriskt laddade fasta sfärerna får fast sfär 2 att rotera. Förflyttningsvinkeln för fast sfär 2 mäts för att bestämma den elektriska kraft som verkar på de två fasta sfärerna.
Faktorer som påverkar elektrisk kraft
Baserat på experiment utförda med en torsionsbalans upptäckte Coulomb flera saker.
– I detta experiment är avståndet mellan de två solida kulorna alltid detsamma. När mängden elektrisk laddning på solid kula 1 är 1 och mängden elektrisk laddning på solid kula 2 är 1, då är den elektriska kraften som verkar på båda solida kulorna 1. När mängden elektrisk laddning på solid kula 1 är 2 och mängden elektrisk laddning på solid kula 2 är 2, då är den elektriska kraften som verkar på båda solida kulorna 4. Coulomb drog slutsatsen att storleken på den elektriska kraften som verkar på båda solida kulorna är proportionell mot produkten av mängden laddning på båda solida kulorna (F ≈ q1 q2).
– I detta experiment är laddningsmängden på båda de solida kulorna alltid densamma. Om avståndet mellan de två solida kulorna är 1 är den elektriska kraften som verkar på båda solida kulorna 1. Om avståndet mellan de två solida kulorna är 2 är den elektriska kraften som verkar på båda solida kulorna ¼. Coulomb drog slutsatsen att storleken på den elektriska kraften som verkar på båda solida kulorna är omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet (F ≈ 1 / r2)
Coulombs lag
Coulombs lag är en fysiklag som förklarar förhållandet mellan elektrisk kraft, elektrisk laddning och avståndet mellan laddningar. Denna lag formulerades baserat på Coulombs experiment, vilket förklarades i föregående artikel.
Coulombs lag anger att storleken på den kraft som utövas av en elektriskt laddad partikel på en annan elektriskt laddad partikel är direkt proportionell mot produkten av summan av laddningarna hos de två partiklarna och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan de två elektriskt laddade partiklarna. Denna kraft verkar längs en rät linje som förbinder de två partiklarna. Den elektriska kraften är repellerande om de två partiklarnas elektriska laddningar är desamma och den elektriska kraften är attraktiv om de två partiklarnas elektriska laddningar inte är desamma.
Coulombs lag kan uttryckas i den matematiska ekvationen:
Formelbeskrivning:
F12 = elektrisk kraft mellan partikel 1 och partikel 2
q1 = antal partikelladdningar 1
q2 = antalet elektriska laddningar av partikel 2
r12 = avståndet mellan partikel 1 och partikel 2
(läs: epsilon noll) = 8,854 x 10-12 C2/Nm2
k = (Coulombs konstant) = 9 x 109 nm2/C2
F21 är kraften som utövas av laddningen q2 vid laddning q1, medan F12 är kraften som utövas av laddningen q1 vid laddning q2. F21 och F12 stöter bort varandra när laddningen är q1 och q2 lika och attraherar varandra när laddningen är q1 och q2 inte samma typ.
F21 och F12 har samma värde, motsatt riktning och verkar på olika objekt, därför är dessa två krafter ett aktions-reaktionskraftpar.
