库仑定律、定义和公式——点电荷及其相互作用

带电体之间存在相互作用力,因此它们可以相互吸引或排斥。库仑定律描述了这种力,显示了它的作用程度,取决于物体本身的大小和形状。本文将讨论这一物理定律。

库仑定律公式。

固定点收费

库仑定律适用于比它们与其他物体的距离小得多的静止物体。点电荷集中在这些物体上。在解决物理问题时,所考虑物体的尺寸被忽略,因为它们并不重要。

在实践中,静止点电荷描述如下:

点带正电的电荷q1。 点正电荷电荷q2。

在这种情况下12 - 这是 积极的 电荷,库仑力作用于它们(图中未显示)。点特征的大小无关紧要。

笔记! 静止电荷位于彼此之间给定的距离处,在问题中通常用字母 r 表示。在本文中,将在真空中考虑这些指控。

查尔斯库仑的扭力平衡

该装置由库伦于 1777 年开发,有助于推断后来以他的名字命名的力的依赖性。在它的帮助下,研究了点电荷以及磁极的相互作用。

扭力摆轮有一根细丝线,位于垂直平面上,平衡杆悬挂在该平面上。点电荷位于杠杆的末端。

在外力的作用下,杠杆开始水平移动。杠杆将在平面内移动,直到它被螺纹的弹力平衡。

在运动过程中,杠杆偏离垂直轴一定角度。取d,称为旋转角。知道这个参数的值,就有可能找到产生的力的扭矩。

Charles Coulomb 的扭力平衡是这样的:

查尔斯库仑的扭力平衡。

比例因子 k 和电常数 \varepsilon_0

在库仑定律的公式中有参数 k - 比例系数或 \varepsilon_0 是电常数。电常数 \varepsilon_0 出现在很多参考书、教科书、网络上,不用计算!真空比例因子基于 \varepsilon_0 可以通过众所周知的公式找到:

k = \frac {1}{4\cdot \pi\cdot \varepsilon_0}

这里 \varepsilon_0=8.85\cdot 10^{-12} \frac {C^2}{H\cdot m^2} 是电常数,

\pi=3.14 - 圆周率,

k=9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2} 是真空中的比例系数。

附加信息! 在不知道上述参数的情况下,将无法找到两点电荷之间的相互作用力。
库仑定律的制定和公式

综上所述,有必要给出静电学主要定律的官方表述。它采用以下形式:

真空中静止的两个点电荷的相互作用力与这些电荷的乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比。 而且,费用的乘积必须取模!

F=k\cdot \frac {|q_1|\cdot |q_2|}{r^2}

在这个公式中12 是点收费,被视为实体; r2 - 这些物体在平面上的距离,取正方形; k 是比例系数 (9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2} 真空)。

库仑力的方向和公式的向量形式

为了完整地理解公式,库仑定律可以形象化:

相同极性的两个点电荷的库仑力方向。

F1,2 - 第一个电荷相对于第二个电荷的相互作用力。

F2,1 - 第二个电荷相对于第一个电荷的相互作用力。

此外,在解决静电问题时,有必要考虑一个重要规则:同名电荷排斥,相反电荷吸引。图中相互作用力的位置取决于此。

如果考虑相反的电荷,那么它们相互作用的力将指向彼此,从而描绘出它们的吸引力。

不同极性的两个点电荷的库仑力方向。

向量形式的静电基本定律公式可以表示为:

\vec F_1_2=\frac {1}{4\cdot \pi\cdot \varepsilon_0}\cdot \frac {q_1\cdot q_2}{r_1_2^3}\cdot \vec r_1_2

\vec F_1_2 是从电荷 q2 一侧作用在点电荷 q1 上的力,

\vec r_1_2 是连接电荷 q2 和电荷 q1 的半径矢量,

r=|\vec r_1_2|

重要的! 将公式写成矢量形式后,需要将两点电荷的相互作用力投影到轴上才能正确放置符号。这个动作是一种形式,通常在没有任何注释的情况下在心理上进行。

库仑定律在实践中的应用

静电基本定律是查尔斯·库仑最重要的发现,在很多领域都得到了应用。

著名物理学家的作品被用于发明各种设备、装置、装置的过程中。例如,避雷针。

在避雷针的帮助下,住宅建筑和建筑物在雷暴期间免受雷击。因此,增加了对电气设备的保护程度。

避雷针的工作原理是:在雷雨期间,强感应电荷逐渐开始在地面上积聚,这些电荷上升并被云层吸引。在这种情况下,地面上会形成一个相当大的电场。在避雷针附近,电场变得更强,因此从设备的尖端点燃电晕电荷。

此外,在地面上形成的电荷开始被具有相反符号的云的电荷吸引,这应该是根据查尔斯库仑定律。之后,空气经过电离过程,靠近避雷针末端的电场强度变小。因此,闪电进入建筑物的风险很小。

笔记! 如果安装避雷针的建筑物被击中,那么就不会着火,所有的能量都会进入地下。

根据库仑定律,开发了一种称为“粒子加速器”的设备,如今需求量很大。

在这个装置中,会产生一个强电场,从而增加落入其中的粒子的能量。

库仑定律中的力方向

如上所述,两点电荷相互作用力的方向取决于它们的极性。那些。同名电荷相互排斥,异名电荷相互吸引。

库仑力也可以称为半径矢量,因为它们沿着它们之间绘制的线指向。

在一些物理问题中,给出了形状复杂的物体,不能将其视为点电荷,即忽略它的大小。在这种情况下,必须将所考虑的物体分成几个小部分,并且必须使用库仑定律分别计算每个部分。

根据代数和几何的规则,对分裂得到的力向量进行汇总。结果就是合力,这就是这个问题的答案。这种求解方法通常称为三角形法。

库仑力矢量的方向。

法律的发现史

1785 年,查尔斯·库仑首次证明了上述定律中两个点电荷的相互作用。物理学家设法使用扭力天平证明了所制定定律的准确性,文章中还介绍了其工作原理。

库仑还证明了球形电容器内部没有电荷。因此他得出​​这样的结论,即静电力的大小可以通过改变所考虑物体之间的距离来改变。

因此,库仑定律仍然是最重要的静电定律,许多最伟大的发现都以此为基础。在本文的框架内,介绍了该法律的官方措辞,并详细描述了其组成部分。

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