Закон на Кулон

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Серия статии на тема

Класическа електродинамика

CoulombsLaw.svg
Електричество Магнетизъм Електромагнетизъм
Илюстрация на закона на Кулон, два отрицателни или два положителни заряда се отблъскват, докато отрицателен и положителен заряд се привличат

Законът на Кулон е закон от електростатиката.[1] Той определя силата на взаимодействие между два точкови заряда.[1] Експериментално е бил доказан за първи път през 1773 г. от Хенри Кавендиш, който обаче не публикувал резултата си.[1] През 1785 г. законът е установен повторно от Шарл дьо Кулон.[1] Според закона на Кулон силата на взаимодействие между два точкови заряда е обратнопропорционална на квадрата на разстоянието между тях и правопропорционална на произведението от големината на техните заряди.[1]

 F = \frac{q_1 q_2}{4 \pi \epsilon_0 r^2} където

\begin{align}
k &= \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} = \frac{\mu_0\ {c_0}^2}{4 \pi} = 10^{-7}\ {c_0}^2 \\
&= 8.987\ 551\ 787\ \times 10^9 \\
\end{align}
\approx 9 \times 10^9Nm2C−2 (също mF−1).[2]

Законът на Кулон е първият открит закон за електромагнитните явления, формулиран количествено на математически език. С неговото откриване започва развитието на съвременната наука за електромагнетизма [3].

Закон на Кулон

Между две неподвижни наелектризирани тела (заряди) съществуват сили на привличане или отблъскване. Големината и посоката на силата на взаимодействие зависи от големините на зарядите, от разстоянието между тях, от формата на телата и от разпределението на електричните заряди във вътрешността или по повърхността на телата. С намаляване на размерите на заредените тела зависимостта на силата на взаимодействие от разпределението на зарядите в тях, оказва все по-малко влияние. Наелектризирани тела с пренебрежимо малки размери, наричаме точкови заряди. Опитът показва, че точкови заряди с еднакви знаци се отблъскват, а заряди с противоположни знаци се привличат.

Законът на Кулон е открит опитно и гласи, че силата на взаимодействие между два неподвижни точкови заряда, поставени в хомогенна среда е правопропорционална на всеки от зарядите и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях. Записва се с формулата:

F = k q 1 q 2 r 2 ,

където: k  е коефициент на пропорционалност, който зависи от мерните единиците; q 1  и q 2  са големините на зарядите, взети със съответните знаци; а r  - разстоянието между точковите заряди.

Ако се използват мерни единици от SI коефициентът на пропорционалност в закона на Кулон има вида:

k = 1 4 π ϵ 0 ϵ  ,

където: ϵ 0 = 8,85   . 10 − 12   F . m − 1 е константа, наречена диелектрична константа на вакуума; а ϵ  - безразмерна величина, наречена относителна диелектрична проницаемост на хомогенната среда, в което се намират зарядите. Във вакуум ϵ = 1 , а например във вода ϵ ≈ 81 . В единици от SI законът на Кулон се записва във вида:

F = q 1 q 2 4 π ϵ 0 ϵ   r 2 .

Ако използваме координатна система с начало в първия заряд, нека с r →  да означим радиус вектора на втория заряд спрямо тази координатна система. Вектора F →  на силата, която действа на втория заряд тогава се получава по формулата:

F → = q 1 q 2 4 π ϵ 0 ϵ   r 2 . r → r .

Записан по този начин законът на Кулон определя, както големината така и посоката на силата, която действа на втория заряд. Вижда се от последната формула, че когато двата заряда са с еднакви знаци, силата има посока, съвпадаща с посоката на радиус вектора r →  и представлява сила на отблъскване, а когато зарядите са с противоположни знаци, силата има посока противоположна на r →  и е сила на привличане

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. а б в г д Филанович С., Кулона закон в Прохоров А.М. (ред.), Физическая энциклопедия, т. 2, "Советская Энциклопедия", Москва, 1990
  2. Coulomb's constant, Hyperphysics
  3. Спиридонов О. П. «Универсальные физические постоянные», М., «Просвещение», 1984, с. 52-53;

Dr.Buh