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,通过这种相互作用力,它们可以相互吸引或排斥。库仑定律描述了这种力,并根据物体本身的大小和形状显示其影响的程度。本文将讨论这一物理定律。

库仑定律公式。

固定点收费

库仑定律适用于尺寸远小于与其他物体距离的静止物体。有一个点电荷集中在这些物体上。在解决物理问题时,所讨论的物体的大小被忽略了,因为它们无关紧要。

在实践中,静息点电荷描述如下:

点带正电的电荷q1。 点正电荷电荷q2。

在这种情况下12 - 是 积极的 电荷,库仑力作用于它们(图中未显示)。点对象的大小无关紧要。

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,我们将在真空中考虑这些电荷。

查尔斯库伦的扭力秤

这个装置由库伦于 1777 年开发,有助于推导出力的依赖性,后来以他的名字命名。它用于研究点电荷和磁极的相互作用。

扭力秤有一根细丝线,位于垂直平面上,平衡杆挂在上面。杠杆末端有点电荷。

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。知道此参数的值,您可以找到发生力的扭矩。

Charles Coulomb 的扭转尺度如下所示:

查尔斯库伦的扭力秤。

比例系数 k 和电常数 \varepsilon_0

库仑定律公式有参数 k,比例系数或 \varepsilon_0 - 电常数。电常数 \varepsilon_0 在很多参考书、教科书、网络上都有介绍,不用计算!真空中的比例系数基于 \varepsilon_0 可以使用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} - 电常数,

\pi=3.14 - 数字 pi,

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

附加信息! 在不知道上述参数的情况下,不可能找到两点电荷之间的相互作用力。
库仑定律的表述和公式

综上所述,有必要给出静电主要定律的官方表述。它采用以下形式:

真空中两个静止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。 并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,考虑的机构; r2 - 是这些物体在平面上的距离,取正方形; k 是比例因子 (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

库仑定律可以形象地描绘,以充分理解公式:

相同极性的两个点电荷的库仑力方向。

F1,2 - 是第一个电荷相对于第二个电荷的相互作用力。

F2,1 - 是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:同名电荷排斥而异名电荷吸引。这决定了图中相互作用力的位置。

如果考虑相反的电荷,它们的相互作用力将指向彼此,代表它们的吸引力。

不同极性的两个点电荷的库仑力方向。

矢量形式的静电基本定律的公式可以表示如下:

\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} - 作用在点电荷 q1,电荷 q2 一侧的力,

{\vec r_1_2} - 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,必须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,通常是在没有任何注释的情况下在心理上完成的。

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,并在许多领域得到了应用。

著名物理学家的工作被用于发明各种设备、仪器、仪器的过程。比如避雷针。

使用避雷针可以保护房屋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。

避雷针的工作原理如下:在雷暴期间,强感应电荷逐渐在地面上积聚,这些电荷上升并被云层吸引。这会在地面上产生相当大的电场。在避雷针附近,电场变强,从而从装置的尖端点燃电晕电荷。

然后在地面上形成的电荷开始被具有相反符号的云电荷吸引,这应该是根据查尔斯库伦定律。然后空气被电离,电场强度在避雷针末端附近变低。因此,闪电进入建筑物的风险很小。

请注意! 如果用避雷针击中建筑物,就不会着火,所有的能量都会进入地下。

根据库仑定律,开发了一种名为“粒子加速器”的设备,如今需求量很大。

该设备会产生一个强电场,从而增加进入其中的粒子的能量。

库仑定律中力的方向

如上所述,两点电荷相互作用力的方向取决于它们的极性。也就是说,同邻电荷会排斥而异邻电荷会吸引。

库仑力也可以称为半径矢量,因为它们与半径矢量相同。它们沿着它们之间的一条线定向。

在一些物理问题中,存在形状复杂的物体,不能将其视为点电荷,即忽略其大小。在这种情况下,有问题的物体应该分成几个小部分,每个部分都应该分别计算,应用库仑定律。

除法中得到的力向量通过代数和几何规则求和。结果就是合力,这就是问题的答案。这种求解方法通常被称为三角法。

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点电荷的相互作用。物理学家设法使用扭力尺度证明了所制定的定律的准确性,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。这就是他如何得出这样的断言,即静电力的大小可以通过改变所讨论的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,并在此基础上取得了许多重大发现。本文介绍了该法的正式制定,并详细描述了其组成部分。

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