Zwischen geladenen Körpern gibt es eine Wechselwirkungskraft, aufgrund derer sie sich anziehen oder abstoßen können. Das Coulombsche Gesetz beschreibt diese Kraft, zeigt den Grad ihrer Wirkung, abhängig von der Größe und Form des Körpers selbst. Dieses physikalische Gesetz wird in diesem Artikel diskutiert.
Inhalt
- 1 Gebühren für stationäre Punkte
- 2 Torsionswaage von Charles Coulomb
- 3 Proportionalitätsfaktor k und elektrische Konstante
- 4 Die Richtung der Coulomb-Kraft und die Vektorform der Formel
- 5 Wo das Coulombsche Gesetz in der Praxis angewendet wird
- 6 Richtung der Kräfte im Coulombschen Gesetz
- 7 Geschichte der Entdeckung des Rechts
Gebühren für stationäre Punkte
Das Coulombsche Gesetz gilt für stationäre Körper, die viel kleiner sind als ihr Abstand zu anderen Objekten. Auf solchen Körpern konzentriert sich eine elektrische Punktladung. Bei der Lösung physikalischer Probleme werden die Abmessungen der betrachteten Körper vernachlässigt, weil sie sind nicht wirklich wichtig.
In der Praxis werden ruhende Punktladungen wie folgt dargestellt:
In diesem Fall q1 und q2 - Das positiv elektrische Ladungen, und die Coulomb-Kraft wirkt auf sie (in der Figur nicht gezeigt). Die Größe der Punktmerkmale spielt keine Rolle.
Beachten Sie! Ruhende Ladungen befinden sich in einem bestimmten Abstand voneinander, der bei Problemen normalerweise mit dem Buchstaben r bezeichnet wird. Weiter in diesem Artikel werden diese Gebühren in einem Vakuum betrachtet.
Torsionswaage von Charles Coulomb
Dieses von Coulomb 1777 entwickelte Gerät half, die Abhängigkeit der später nach ihm benannten Streitmacht abzuleiten. Mit seiner Hilfe wird die Wechselwirkung von Punktladungen sowie Magnetpolen untersucht.
Eine Torsionswaage hat einen kleinen Seidenfaden, der sich in einer vertikalen Ebene befindet, an der ein ausgewogener Hebel hängt. Punktladungen befinden sich an den Enden des Hebels.
Unter Einwirkung äußerer Kräfte beginnt sich der Hebel horizontal zu bewegen. Der Hebel bewegt sich in der Ebene, bis er durch die elastische Kraft des Fadens ausgeglichen wird.
Bei der Bewegung weicht der Hebel um einen bestimmten Winkel von der vertikalen Achse ab. Er wird als d genommen und Drehwinkel genannt. Wenn man den Wert dieses Parameters kennt, ist es möglich, das Drehmoment der auftretenden Kräfte zu finden.
Die Torsionswaage von Charles Coulomb sieht so aus:
Proportionalitätsfaktor k und elektrische Konstante 
In der Formel des Coulombschen Gesetzes gibt es Parameter k - den Proportionalitätskoeffizienten oder ist die elektrische Konstante. Elektrische Konstante präsentiert in vielen Nachschlagewerken, Lehrbüchern, im Internet, und es muss nicht gezählt werden! Vakuum-Proportionalitätsfaktor basierend auf kann nach der bekannten Formel gefunden werden:
Hier 
ist die elektrische Konstante,
- Pi,
ist der Proportionalitätskoeffizient im Vakuum.
Weitere Informationen! Ohne die oben dargestellten Parameter zu kennen, wird es nicht funktionieren, die Wechselwirkungskraft zwischen zwei elektrischen Punktladungen zu finden.
Formulierung und Formel des Coulombschen Gesetzes
Um das Obige zusammenzufassen, ist es notwendig, die offizielle Formulierung des Hauptgesetzes der Elektrostatik anzugeben. Es hat die Form:
Die Wechselwirkungskraft zweier im Vakuum ruhender Punktladungen ist direkt proportional zum Produkt dieser Ladungen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen. Außerdem muss das Produkt der Ladungen modulo genommen werden!
In dieser Formel q1 und q2 sind Punktladungen, betrachtete Körper; r2 - der Abstand in der Ebene zwischen diesen Körpern, gemessen im Quadrat; k ist der Proportionalitätskoeffizient (
für Vakuum).
Die Richtung der Coulomb-Kraft und die Vektorform der Formel
Für ein vollständiges Verständnis der Formel kann das Coulombsche Gesetz visualisiert werden:
F1,2 - die Wechselwirkungskraft der ersten Ladung in Bezug auf die zweite.
F2,1 - die Wechselwirkungskraft der zweiten Ladung in Bezug auf die erste.
Bei der Lösung von Problemen der Elektrostatik muss außerdem eine wichtige Regel berücksichtigt werden: Gleichnamige elektrische Ladungen stoßen sich ab und entgegengesetzte Ladungen ziehen sich an. Davon hängt die Lage der Wechselwirkungskräfte in der Figur ab.
Wenn entgegengesetzte Ladungen berücksichtigt werden, werden die Kräfte ihrer Wechselwirkung aufeinander gerichtet, was ihre Anziehungskraft darstellt.
Die Formel des Grundgesetzes der Elektrostatik in Vektorform lässt sich wie folgt darstellen:
ist die Kraft, die von der Seite der Ladung q2 auf die Punktladung q1 wirkt,
ist der Radiusvektor, der die Ladung q2 mit der Ladung q1 verbindet,
Wichtig! Nachdem die Formel in Vektorform geschrieben wurde, müssen die wechselwirkenden Kräfte zweier elektrischer Punktladungen auf die Achse projiziert werden, um die Vorzeichen richtig zu setzen. Diese Aktion ist eine Formalität und wird oft ohne Notizen im Kopf ausgeführt.
Wo das Coulombsche Gesetz in der Praxis angewendet wird
Das Grundgesetz der Elektrostatik ist die wichtigste Entdeckung von Charles Coulomb, die in vielen Bereichen ihre Anwendung gefunden hat.
Die Werke des berühmten Physikers wurden bei der Erfindung verschiedener Geräte, Geräte und Apparate verwendet. Zum Beispiel ein Blitzableiter.
Mit Hilfe eines Blitzableiters werden Wohngebäude und Gebäude während eines Gewitters vor Blitzen geschützt. Dadurch wird die Schutzart elektrischer Betriebsmittel erhöht.
Der Blitzableiter funktioniert nach folgendem Prinzip: Während eines Gewitters sammeln sich allmählich starke Induktionsladungen am Boden, die aufsteigen und von den Wolken angezogen werden. In diesem Fall wird am Boden ein ziemlich großes elektrisches Feld gebildet. In der Nähe des Blitzableiters wird das elektrische Feld stärker, wodurch eine elektrische Koronaladung von der Spitze des Geräts gezündet wird.
Außerdem beginnt die auf dem Boden gebildete Ladung von der Ladung der Wolke mit dem entgegengesetzten Vorzeichen angezogen zu werden, wie es nach dem Gesetz von Charles Coulomb sein sollte. Danach durchläuft die Luft den Ionisierungsprozess und die elektrische Feldstärke wird am Ende des Blitzableiters geringer. Somit ist das Risiko, dass ein Blitz in das Gebäude eindringt, minimal.
Beachten Sie! Wenn das Gebäude, auf dem der Blitzableiter installiert ist, getroffen wird, entsteht kein Feuer und die gesamte Energie geht in den Boden.
Basierend auf dem Coulombschen Gesetz wurde ein Gerät namens „Particle Accelerator“ entwickelt, das heute sehr gefragt ist.
In diesem Gerät wird ein starkes elektrisches Feld erzeugt, das die Energie der hineinfallenden Partikel erhöht.
Richtung der Kräfte im Coulombschen Gesetz
Wie oben erwähnt, hängt die Richtung der wechselwirkenden Kräfte zweier elektrischer Punktladungen von ihrer Polarität ab. Diese. Ladungen gleichen Namens stoßen sich ab, Ladungen mit entgegengesetzten Ladungen ziehen sich an.
Coulomb-Kräfte können auch als Radiusvektor bezeichnet werden, weil sie sind entlang der zwischen ihnen gezogenen Linie gerichtet.
Bei manchen physikalischen Aufgaben sind Körper mit komplizierter Form gegeben, die nicht für eine elektrische Punktladung gehalten werden können, d.h. ignoriere seine Größe. In dieser Situation muss der betrachtete Körper in mehrere kleine Teile geteilt werden und jeder Teil muss separat unter Verwendung des Coulombschen Gesetzes berechnet werden.
Die durch Aufspaltung erhaltenen Kraftvektoren werden nach den Regeln der Algebra und Geometrie zusammengefasst. Das Ergebnis ist die resultierende Kraft, die die Lösung für dieses Problem sein wird. Diese Lösungsmethode wird oft als Dreiecksmethode bezeichnet.
Geschichte der Entdeckung des Rechts
Die Wechselwirkung zweier Punktladungen nach dem oben betrachteten Gesetz wurde erstmals 1785 von Charles Coulomb bewiesen. Der Physiker konnte die Richtigkeit des formulierten Gesetzes anhand von Torsionswaagen beweisen, deren Funktionsprinzip ebenfalls in dem Artikel vorgestellt wurde.
Coulomb bewies auch, dass es in einem Kugelkondensator keine elektrische Ladung gibt. So kam er zu der Aussage, dass sich die Größe elektrostatischer Kräfte verändern lässt, indem man den Abstand zwischen den betrachteten Körpern verändert.
Damit ist das Coulombsche Gesetz nach wie vor das wichtigste Gesetz der Elektrostatik, auf dessen Grundlage viele der größten Entdeckungen gemacht wurden. Im Rahmen dieses Artikels wurde der offizielle Wortlaut des Gesetzes vorgestellt, sowie seine Bestandteile ausführlich beschrieben.
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