Закон Кулона

Закон Кулона — это один из фундаментальных законов электродинамики, который описывает силу взаимодействия между двумя точечными электрическими зарядами. Он был открыт французским физиком Шарлем Огюстеном де Кулоном в 1785 году и является основой для понимания электростатики. Формулировка закона Закон Кулона гласит: Сила взаимодействия между двумя точечными зарядами прямо пропорциональна произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Математически это выражается следующей формулой: $F = k \cdot \frac{∣ q_{1} \cdot q_{2} ∣}{r^{2}}$ Где: $F$ — сила взаимодействия между зарядами (в ньютонах, Н), $q_{1}$ и $q_{2}$ — величины точечных зарядов (в кулонах, Кл), $r$ — расстояние между зарядами (в метрах, м), $k$ — коэффициент пропорциональности, называемый электрической постоянной или постоянной Кулона. Коэффициент пропорциональности В системе СИ коэффициент $k$ выражается следующим образом: $k = \frac{1}{4 π ε_{0}}$ Где: $ε_{0}$ — электрическая постоянная (диэлектрическая проницаемость вакуума), примерно равная $8, 854 \times 1 0^{- 12} Ф/м$ . Таким образом, закон Кулона в системе СИ можно записать как: $F = \frac{1}{4 π ε_{0}} \cdot \frac{∣ q_{1} \cdot q_{2} ∣}{r^{2}}$ Направление силы Сила, действующая между зарядами, является центральной — она направлена вдоль прямой, соединяющей заряды. Если заряды одноименные (оба положительные или оба отрицательные), они отталкиваются. Если заряды разноименные (один положительный, другой отрицательный), они притягиваются. Область применения Закон Кулона применим для: Точечных зарядов — зарядов, размеры которых малы по сравнению с расстоянием между ними. Неподвижных зарядов — закон справедлив только в электростатике, то есть для зарядов, которые не движутся. Вакуума — в среде с другими диэлектрическими свойствами закон модифицируется с учетом диэлектрической проницаемости среды. Закон Кулона в среде Если заряды находятся в среде с диэлектрической проницаемостью $ε$ , то сила взаимодействия уменьшается в $ε$ раз: $F = \frac{1}{4 π ε_{0} ε} \cdot \frac{∣ q_{1} \cdot q_{2} ∣}{r^{2}}$ Связь с другими законами Закон Кулона является частным случаем более общего закона — закона Гаусса, который описывает распределение электрического поля вокруг зарядов. Также он лежит в основе теории электромагнетизма и используется для вывода уравнений Максвелла. Пример Рассмотрим два точечных заряда: $q_{1} = 1 Кл$ и $q_{2} = - 1 Кл$ , находящихся на расстоянии $r = 1 м$ друг от друга в вакууме. Сила их взаимодействия будет равна: $F = \frac{1}{4 π \cdot 8, 854 \times 1 0^{- 12}} \cdot \frac{∣ 1 \cdot (- 1) ∣}{1^{2}} \approx 8, 988 \times 1 0^{9} Н$ Эта сила будет направлена на сближение зарядов, так как они разноименные. Историческое значение Закон Кулона стал первым количественным описанием электрических явлений. Он позволил установить, что электрические силы подчиняются тем же законам обратных квадратов, что и гравитационные силы (закон всемирного тяготения Ньютона). Это стало важным шагом в развитии физики и понимании природы электричества. Ограничения Закон Кулона применим только для статических (неподвижных) зарядов. Для движущихся зарядов необходимо учитывать магнитные эффекты, описываемые теорией электромагнетизма. На малых расстояниях (порядка $1 0^{- 15} м$ ) начинают действовать квантовые эффекты, и закон Кулона перестает быть точным. Закон Кулона — это ключевой закон электростатики, который позволяет рассчитывать силы взаимодействия между зарядами и лежит в основе многих разделов физики и техники.
Нашли ошибку? Сообщите нам! Материал распространяется по лицензии Creative Commons Zero
Поделись статьей с друзьями!