1.2 Закон Кулона

Закон взаимодействия электрических зарядов экспериментально установлен в 1785 г. французским ученым Ш. Кулоном. Природа вещей такова, что сила взаимодействия между двумя небольшими заряженными шариками прямо пропорциональна произведению величин их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Сила взаимодействия зарядов – сила центральная, т. е. направлена вдоль прямой, соединяющей заряды (рис. 1.1). Для изотропной среды закон Кулона записывается следующим образом:

где k – коэффициент пропорциональности; q1 и q2 – величины взаимодействующих зарядов;

r – расстояние между ними; r – радиус-вектор, проведенный от одного заряда к другому и направленный к тому из зарядов, на который действует сила.

Формулировка закона Кулона: «Сила электростатического взаимодействия между двумя точечными электрическими зарядами прямо пропорциональна произведению величин зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль соединяющей их прямой так, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются».

Следует отметить, что закон Кулона применим для расчета взаимодействия точечных зарядов и тел шарообразной формы при равномерном распределении заряда по их поверхности или объёму.

Точечным зарядом называется заряженное тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстояниями до других тел, несущих электрический заряд.

Экспериментальные исследования показали, что при прочих равных условиях сила электростатического взаимодействия зависит от свойств среды, в которой находятся заряды. Поэтому коэффициент пропорциональности k в законе Кулона представляют в виде k = k1 / e, где k1– коэффициент, зависящий только от выбора системы единиц; e – безразмерная величина, которая характеризует электрические свойства среды и называется относительной диэлектрической проницаемостью среды. Для вакуума e = 1.

В системе единиц СИ единица заряда кулон (Кл) определяется через единицу силы тока ампер (А) и единицу времени секунду (с), так что 1 Кл = 1 А×1 с. Коэффициент k1 в этой системе определяется следующим образом: k1= 1 / 4pe

0 = 8,988×109 (Н×м2) / Кл2, где e0 = 8,85×1012 Кл2 / (Н×м2) и носит название электрической постоянной.

Таким образом, закон Кулона для изотропной и однородной среды записывается в виде

      (1.1)


Вопросы

1)      Запишите, сформулируйте и объясните закон Кулона

2)      Сопоставьте силу кулоновского взаимодействия двух электронов с силой их гравитационного взаимодействия

3)      Как изменится сила взаимодействия между двумя точечными зарядами, если модуль заряда увеличить в четыре раза, а расстояние между зарядами уменьшить вдвое?

наверх

Закон Кулона.

Единица электрического заряда

Закон Кулона. Единица электрического заряда

Подробности
Просмотров: 540

«Физика – 10 класс»

Какие взаимодействия называют электромагнитными?
В чём проявляется взаимодействие зарядов?

Приступим к изучению количественных законов электромагнитных взаимодействий. Основной закон электростатики — закон взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел.

Основной закон электростатики был экспериментально установлен Шарлем Кулоном в 1785 г. и носит его имя.

Если расстояние между телами во много раз больше их размеров, то ни форма, ни размеры заряженных тел существенно не влияют на взаимодействия между ними.

Вспомните, что и закон всемирного тяготения тоже сформулирован для тел, которые можно считать материальными точками.

Заряженные тела, размерами и формой которых можно пренебречь при их взаимодействии, называются точечными зарядами.

Сила взаимодействия заряженных тел зависит от свойств среды между заряженными телами. Пока будем считать, что взаимодействие происходит в вакууме. Опыт показывает, что воздух очень мало влияет на силу взаимодействия заряженных тел, она оказывается почти такой же, как и в вакууме.

Опыты Кулона.

Идея опытов Кулона аналогична идее опыта Кавендиша по определению гравитационной постоянной. Открытие закона взаимодействия электрических зарядов было облегчено тем, что эти силы оказались велики и благодаря этому не нужно было применять особо чувствительную аппаратуру, как при проверке закона всемирного тяготения в земных условиях. С помощью крутильных весов удалось установить, как взаимодействуют друг с другом неподвижные заряженные тела.

Крутильные весы состоят из стеклянной палочки, подвешенной на тонкой упругой проволочке (рис. 14.3). На одном конце палочки закреплён маленький металлический шарик а, а на другом — противовес с. Ещё один металлический шарик b закреплён неподвижно на стержне, который, в свою очередь, крепится на крышке весов.

При сообщении шарикам одноимённых зарядов они начинают отталкиваться друг от друга. Чтобы удержать их на фиксированном расстоянии, упругую проволочку нужно закрутить на некоторый угол до тех пор, пока возникшая сила упругости не скомпенсирует кулоновскую силу отталкивания шариков. По углу закручивания проволочки определяют силу взаимодействия шариков.

Крутильные весы позволили изучить зависимость силы взаимодействия заряженных шариков от значений зарядов и от расстояния между ними. Измерять силу и расстояние в то время умели. Единственная трудность была связана с зарядом, для измерения которого не существовало даже единиц. Кулон нашёл простой способ изменения заряда одного из шариков в 2, 4 и более раза, соединяя его с таким же незаряженным шариком. Заряд при этом распределялся поровну между шариками, что и уменьшало исследуемый заряд в известном отношении. Новое значение силы взаимодействия при новом заряде определялось экспериментально.

Закон Кулона.

Опыты Кулона привели к установлению закона, поразительно напоминающего закон всемирного тяготения.

Cила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Силу взаимодействия зарядов называют кулоновской силой.

Если обозначить модули зарядов через |q1 и |q2|, а расстояние между ними через r, то закон Кулона можно записать в следующей форме:

где k — коэффициент пропорциональности, численно равный силе взаимодействия единичных зарядов на расстоянии, равном единице длины. Его значение зависит от выбора системы единиц.

Такую же форму (14.2) имеет закон всемирного тяготения, только вместо заряда в закон тяготения входят массы, а роль коэффициента к играет гравитационная постоянная.

Легко обнаружить, что два заряженных шарика, подвешенные на нитях, либо притягиваются друг к другу, либо отталкиваются. Отсюда следует, что силы взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов направлены вдоль прямой, соединяющей эти заряды (рис. 14.4).

Подобные силы называют центральными. В соответствии с третьим законом Ньютона 1,2 = –2,1.

Единица электрического заряда.

Выбор единицы заряда, как и других физических величин, произволен. Естественно было бы за единицу принять заряд электрона, что и сделано в атомной физике, но этот заряд слишком мал, и поэтому пользоваться им в качестве единицы заряда не всегда удобно.

В Международной системе единиц (СИ) единица заряда является не основной, а производной и эталон для неё не вводится. Наряду с метром, секундой и килограммом в СИ введена основная единица для электрических величин — единица силы тока — ампер. Эталонное значение ампера устанавливается с помощью магнитных взаимодействий токов.

Единицу заряда в СИ — кулон устанавливают с помощью единицы силы тока.

Один кулон (1 Кл) — это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А: 1 Кл = 1 А • 1 с.

Единица коэффициента k в законе Кулона при записи его в единицах СИ — Н • м2/Кл2, так как согласно формуле (14.2) имеем

где сила взаимодействия зарядов выражается в ньютонах, расстояние — в метрах, заряд — в кулонах. Числовое значение этого коэффициента можно определить экспериментально. Для этого надо измерить силу взаимодействия F между двумя известными зарядами |q

1| и |q2|, находящимися на заданном расстоянии r, и эти значения подставить в формулу (14.3). Полученное значение k будет равно:

k = 9 • 109 Н • м2/Кл2.         (14.4)

Заряд в 1 Кл очень велик. Сила взаимодействия двух точечных зарядов, по 1 Кл каждый, расположенных на расстоянии 1 км друг от друга, чуть меньше силы, с которой земной шар притягивает груз массой 1 т. Поэтому сообщить небольшому телу (размером порядка нескольких метров) заряд в 1 Кл невозможно.

Отталкиваясь друг от друга, заряженные частицы не могут удержаться на теле. Никаких других сил, способных в данных условиях компенсировать кулоновское отталкивание, в природе не существует.

Но в проводнике, который в целом нейтрален, привести в движение заряд в 1 Кл не составляет большого труда. Ведь в обычной электрической лампочке мощностью 200 Вт при напряжении 220 В сила тока немного меньше 1 А. При этом за 1 с через поперечное сечение проводника проходит заряд, почти равный 1 Кл.

Вместо коэффициента k часто применяется другой коэффициент, который называется электрической постоянной ε0. Она связана с коэффициентом k следующим соотношением:

Закон Кулона в этом случае имеет вид

Если заряды взаимодействуют в среде, то сила взаимодействия уменьшается:

где ε — диэлектрическая проницаемость среды, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия зарядов в среде меньше, чем в вакууме.

Минимальный заряд, существующий в природе, — это заряд элементарных частиц. В единицах СИ модуль этого заряда равен:

е = 1,6 • 10-19 Кл.         (14.5)

Заряд, который можно сообщить телу, всегда кратен минимальному заряду:

q = ±N|е|,

где N — целое число. Когда заряд тела существенно больше по модулю минимального заряда, то проверять кратность не имеет смысла, однако когда речь идёт о заряде частиц, ядер атомов, то заряд их должен быть всегда равен целому числу модулей заряда электрона.

Источник: «Физика – 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский



Электростатика – Физика, учебник для 10 класса – Класс!ная физика

Что такое электродинамика — Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения заряд — Закон Кулона. Единица электрического заряда — Примеры решения задач по теме «Закон Кулона» — Близкодействие и действие на расстоянии — Электрическое поле — Напряжённость электрического поля. Силовые линии — Поле точечного заряда и заряженного шара. Принцип суперпозиции полей — Примеры решения задач по теме «Напряжённость электрического поля. Принцип суперпозиции полей» — Проводники в электростатическом поле — Диэлектрики в электростатическом поле — Потенциальная энергия заряженного тела в однородном электростатическом поле — Потенциал электростатического поля и разность потенциалов — Связь между напряжённостью электростатического поля и разностью потенциалов. Эквипотенциальные поверхности — Примеры решения задач по теме «Потенциальная энергия электростатического поля. Разность потенциалов» — Электроёмкость. Единицы электроёмкости. Конденсатор — Энергия заряженного конденсатора. Применение конденсаторов — Примеры решения задач по теме «Электроёмкость. Энергия заряженного конденсатора»

Закон Кулона

Закон Кулона количественно описывает взаимодействие заряженных тел. Он является фундаментальным законом, то есть установлен при помощи эксперимента и не следует ни из какого другого закона природы. Он сформулирован для неподвижных точечных зарядов в вакууме. В реальности точечных зарядов не существует, но такими можно считать заряды, размеры которых значительно меньше расстояния между ними. Сила взаимодействия в воздухе почти не отличается от силы взаимодействия в вакууме (она слабее менее чем на одну тысячную).

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.

Впервые закон взаимодействия неподвижных зарядов был открыт французским физиком Ш. Кулоном в 1785 г. В опытах Кулона измерялось взаимодействие между шариками, размеры которых много меньше расстояния между ними. Такие заряженные тела принято называть точечными зарядами.

На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:

Сила взаимодействия двух неподвижных точечных электрических зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению их модулей и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. 9 \) — Коэффициент пропорциональности в законе Кулона

Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона: \( \vec{F}_{12}=\vec{F}_{21} \) . Они являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках.

Электрический заряд обычно обозначается буквами q или Q.

Совокупность всех известных экспериментальных фактов позволяет сделать следующие выводы:

  • Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными.

  • Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому. В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд.

  • Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. В этом также проявляется принципиальное отличие электромагнитных сил от гравитационных. Гравитационные силы всегда являются силами притяжения.

Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Раздел электродинамики, изучающий кулоновское взаимодействие, называют электростатикой.

Закон Кулона справедлив для точечных заряженных тел. Практически закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними.

Отметим, чтоб выполнялся закон Кулона необходимо 3 условия:

  • Точечность зарядов — то есть расстояние между заряженными телами много больше их размеров.
  • Неподвижность зарядов. Иначе вступают в силу дополнительные эффекты: магнитное поле движущегося заряда и соответствующая ему дополнительная сила Лоренца, действующая на другой движущийся заряд .
  • Взаимодействие зарядов в вакууме.

В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон (Кл).

Кулон – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А. Единица силы тока (Ампер) в СИ является наряду с единицами длины, времени и массы основной единицей измерения.

В вашем браузере отключен Javascript.
Чтобы произвести расчеты, необходимо разрешить элементы ActiveX!
Больше интересного в телеграм @calcsbox

Открытая Физика. Электрический заряд. Закон Кулона

Подобно понятию гравитационной массы тела в механике Ньютона, понятие заряда в электродинамике является первичным, основным понятием.

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.

Электрический заряд обычно обозначается буквами q или Q.

Совокупность всех известных экспериментальных фактов позволяет сделать следующие выводы:

  • Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными.

  • Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому. В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд.

  • Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. В этом также проявляется принципиальное отличие электромагнитных сил от гравитационных. Гравитационные силы всегда являются силами притяжения.

Одним из фундаментальных законов природы является экспериментально установленный закон сохранения электрического заряда.

В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной: q1 + q2 + q3 + … +qn = const.

Закон сохранения электрического заряда утверждает, что в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака.

С современной точки зрения, носителями зарядов являются элементарные частицы. Все обычные тела состоят из атомов, в состав которых входят положительно заряженные протоны, отрицательно заряженные электроны и нейтральные частицы – нейтроны. Протоны и нейтроны входят в состав атомных ядер, электроны образуют электронную оболочку атомов. Электрические заряды протона и электрона по модулю в точности одинаковы и равны элементарному заряду e.

В нейтральном атоме число протонов в ядре равно числу электронов в оболочке. Это число называется атомным номером. Атом данного вещества может потерять один или несколько электронов или приобрести лишний электрон. В этих случаях нейтральный атом превращается в положительно или отрицательно заряженный ион.

Заряд может передаваться от одного тела к другому только порциями, содержащими целое число элементарных зарядов. Таким образом, электрический заряд тела – дискретная величина: q=±ne    (n = 0, 1, 2, …).

Физические величины, которые могут принимать только дискретный ряд значений, называются квантованными. Элементарный заряд e является квантом (наименьшей порцией) электрического заряда. Следует отметить, что в современной физике элементарных частиц предполагается существование так называемых кварков – частиц с дробным зарядом ±13e и ±23e. Однако, в свободном состоянии кварки до сих пор наблюдать не удалось.

В обычных лабораторных опытах для обнаружения и измерения электрических зарядов используется электрометр – прибор, состоящий из металлического стержня и стрелки, которая может вращаться вокруг горизонтальной оси (рис. 1.1.1). Стержень со стрелкой изолирован от металлического корпуса. При соприкосновении заряженного тела со стержнем электрометра, электрические заряды одного знака распределяются по стержню и стрелке. Силы электрического отталкивания вызывают поворот стрелки на некоторый угол, по которому можно судить о заряде, переданном стержню электрометра.

Перенос заряда с заряженного тела на электрометр

Электрометр является достаточно грубым прибором; он не позволяет исследовать силы взаимодействия зарядов. Впервые закон взаимодействия неподвижных зарядов был открыт французским физиком Ш. Кулоном в 1785 г. В своих опытах Кулон измерял силы притяжения и отталкивания заряженных шариков с помощью сконструированного им прибора – крутильных весов (рис. 1.1.2), отличавшихся чрезвычайно высокой чувствительностью. Так, например, коромысло весов поворачивалось на 1° под действием силы порядка 10–9 Н.

Идея измерений основывалась на блестящей догадке Кулона о том, что если заряженный шарик привести в контакт с точно таким же незаряженным, то заряд первого разделится между ними поровну. Таким образом, был указан способ изменять заряд шарика в два, три и т. д. раз. В опытах Кулона измерялось взаимодействие между шариками, размеры которых много меньше расстояния между ними. Такие заряженные тела принято называть точечными зарядами.

Точечным зарядом называют заряженное тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.

Прибор Кулона Силы взаимодействия одноименных и разноименных зарядов

На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:

Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними: F=k|q1|ċ|q2|r2.

Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона:F→1=-F→2. Они являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках (рис. 1.1.3). Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Раздел электродинамики, изучающий кулоновское взаимодействие, называют электростатикой.

Закон Кулона справедлив для точечных заряженных тел. Практически закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними.

Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона зависит от выбора системы единиц. В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон (Кл).

Кулон – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А. Единица силы тока (ампер) в СИ является наряду с единицами длины, времени и массы основной единицей измерения.

Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде: k=14πε0, где ε0=8,85ċ10-12Кл2Hċм2 – электрическая постоянная.

В системе СИ элементарный заряд e равен:

e = 1,602177ċ10–19 Кл ≈ 1,6ċ10–19 Кл.

Опыт показывает, что силы кулоновского взаимодействия подчиняются принципу суперпозиции.

Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел.

Рис. 1.1.4 поясняет принцип суперпозиции на примере электростатического взаимодействия трех заряженных тел.

Принцип суперпозиции электростатических сил F→1=F→21+F→31; F→2=F→12+F→32; F→3=F→13+F→23. Взаимодействие точечных зарядов

Принцип суперпозиции является фундаментальным законом природы. Однако, его применение требует определенной осторожности, в том случае, когда речь идет о взаимодействии заряженных тел конечных размеров (например, двух проводящих заряженных шаров 1 и 2). Если к системе из двух заряженных шаров поднсти третий заряженный шар, то взаимодействие между 1 и 2 изменится из-за перераспределения зарядов.

Принцип суперпозиции утверждает, что при заданном (фиксированном) распределении зарядов на всех телах силы электростатического взаимодействия между любыми двумя телами не зависят от наличия других заряженных тел.

Тезисы к уроку физики “Закон Кулона”. 10-й класс

Цель урока: используя содержание параграфа “Закон Кулона”, дать положительную оценку силы взаимодействия зарядов.

Задачи:

  1. Формирование умения работать с учебником – выделять главное, отбирать нужный материал, работать по плану.
  2. Формирование навыков работы в группе, аргументированного и лаконичного изложения своих мыслей.
  3. Развитие инициативы, творчества, организаторских качеств.

Оформление доски:

  1. Эпиграф: Не стыдно не знать, стыдно не учиться. (Русская пословица)
  2. Кулон Шарль Огюстен (1736-1806 гг.) – экспериментально установил в 1875 г. основной закон электростатики.
  3. Вопросы к параграфу “Закон Кулона”:
    1. Измерение силы взаимодействия зарядов с помощью крутильных весов.
    2. Подготовить сообщение о законе Кулона, используя алгоритмический план рассказа о законе.
    3. Чем отличается закон Кулона от закона всемирного тяготения?
    4. В каких единицах выражается электрический заряд?
    5. Что такое электрическая постоянная, коэффициент пропорциональности?
    6. Во сколько раз кулоновская сила отталкивания протонов больше их гравитационного притяжения?
    7. Почему при описании механического движения не учитываются гигантские электрические силы.
  4. Конспект урока “Закон Кулона – основной закон электростатики”. (См. приложение №5)

Оборудование:

  1. Таблица “Что надо знать о законе?” (См. приложение №2)
  2. Карточки план-задание к изучению § 77 “Закон Кулона”. (См. приложение №1)
  3. Чистые листочки бумаги.

Подготовка к уроку: Класс предварительно делится на 3 группы, примерно равные по силам. В каждой группе выбирается консультант. (См. приложение №3).

I. Организационный момент (1-1,5 минуты). Проверка отсутствующих, внешнее состояние кабинета, рабочих мест, наличие дежурных.

II. Повторение изученного материала (до 8 минут)

Физический диктант: “Электризация тел. Закон сохранения электрического заряда”. (См. приложение №4)

Диктант выполняется на отдельных листочках (на каждый вопрос полминуты времени). После выполнения листочки собираются, и учитель зачитывает правильные ответы.

Напоминает, что за 8 правильных ответов отметка “5”, за 7,6 – “4”, за 5 – “3”, за 4 и меньше – “2”

О качестве усвоения материала учитель судит по количеству рук, поднятых вверх при ответе на вопрос “Кто ответил на 5 и более вопросов?”

Какой вопрос вызвал затруднения? Трудный вопрос обязательно разбирается.

III. Изучение нового материала (до 25 минут)

Возвращаемся к первому вопросу физического диктанта: “Какое взаимодействие существует между заряженными телами, частицами?”

Ставлю учебную проблему, решение которой возможно лишь на основе изучения темы “Закон Кулона”.

По аналогии с законом всемирного тяготения отвечаем на вопрос: “От чего зависит величина силы взаимодействия между заряженными телами?”

Fg=G (закон всемирного тяготения).

Учащиеся предполагают, что Fэл. м ~ q1,q2, Fэл. м ~ ,

где q1,q2 – заряды тел

r – расстояние между заряженными телами

Далее учитель зачитывает вопросы на доске (с 1 по 7), поясняет, что работая в группах над содержанием §77, им необходимо дать положительную оценку силы взаимодействия зарядов, т. е. раскрыть физический смысл основного закона электростатики, закон Кулона, указать границы его применимости, научиться решать несложные задачи на применение формулы закона Кулона.

Напоминаю учащимся состав групп, консультантов.

Консультант организует деятельность группы – каждый работает самостоятельно над содержанием параграфа, а затем готовит один конкретный вопрос, какой именно, определяет консультант и расскажет о нем всей группе.

Цель работы в группе: за 10 минут все члены группы должны узнать ответы на все вопросы.

Ответы на вопросы:

1. Основной закон электростатики был установлен экспериментально французским ученым Ш. Кулоном в 1785 г. В опытах Кулона измерялись силы взаимодействия заряженных шаров.

Для измерения этой силы Кулон использовал крутильные весы (подробно рассмотреть рисунок в учебнике).

Маленькая тонкая незаряженная сфера на одном конце коромысла уравновешивалась бумажным диском на другом конце. Поворотом коромысла она приводилась в контакт с такой же неподвижной заряженной сферой, в результате чего ее заряд делился поровну между сферами.

Диаметр сфер выбирался много меньше, чем расстояние между сферами, чтобы исключить влияние размеров и формы заряда на результаты измерения (очень важно!).

Сферы начинают отталкиваться, как одноименно заряженные тела, закручивают нить. Максимальный угол поворота коромысла фиксируется по наружной шкале, был пропорционален силе, действующей на сферу.

Кулон определил силу взаимодействия заряженных сфер по углу поворота коромысла.

2. Закон Кулона устанавливает связь между силой взаимодействия 2-х точечных неподвижных зарядов, находящихся в вакууме, величинами их зарядов и расстоянием между ними.

F12= k

q1,q2 – величина зарядов

r – расстояние между зарядами

k – коэффициент пропорциональности

F12 – сила Кулоновского взаимодействия или электростатического.

= -F21

Границы применимости закона:

1) Заряженные тела должны быть точечными.

2) Заряженные тела должны быть неподвижными (в случае движущихся заряженных тел проявляется действие магнитного поля).

3. Fg = G Fэл. м = k

1) Вместо материальных точек в законе Кулона – точечные заряды.

2) В законе всемирного тяготения рассматривается только сила притяжения, а в законе Кулона притяжение и отталкивание.

4. В СИ единица заряда – производная от силы тока 1А (ампер).

1 Кл (кулон) – электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за 1с

1Кл=1A x 1C

5. k =

0= - электрическая постоянная

K = – в вакууме

Следовательно, согласно закона Кулона, два точечных заряда по 1 Кл каждый, расположенных в вакууме на расстоянии 1м друг от друга, взаимодействуют с силой (примерно равна весу египетских пирамид).

1 Кл – очень большая единица заряда.

На практике обычно используют дольные единицы Кулона:

1млКл=10-3 Кл

1мкКл=10-6 Кл

6. =

Электростатическая сила взаимодействия частиц больше гравитационной на 39 порядков (примерно во столько же раз масса Галактики превышает массу человека).

7. Макроскопические тела электрически нейтральны, т. к. положительный заряд протонов в теле, точно компенсирован суммарным отрицательным зарядом электронов. Электростатические силы взаимодействия макроскопических тел определяются лишь малыми избыточными зарядами, находящимися на них и поэтому невелики по сравнению с гравитационными силами.

Проверка знаний учащихся (20 минут)

Опрос начинается с группы, которая подготовилась первой. Вопросы задаю любому учащемуся в группе, “прохожу” по всем вопросам. Если каждый ученик отвечает на предложенный вопрос, то все члены группы получают оценку ‘5’; если ученики получают помощь от группы, то все ученики группы получают “4”. Если группа не знает ответа на 2 вопроса, то выставляется оценка “3”по желанию учащихся им предоставляется право пересдать материал в другое время.

Во 2 и 3 группах точно также производится опрос учащихся.

После опроса группа записывает конспект закона Кулона в рабочие тетради (конспект записан учителем на доске). (См. приложение №5).

Закрепление.

Группы, которые первыми закончили изучение нового материала, переходят к его закреплению – решению задач 1-2 к §77.

1. Определите силу взаимодействия двух одинаковых точечных зарядов по 1 мк Кл, находящихся на расстоянии 30 см друг от друга.

2. Сила взаимодействия двух одинаковых зарядов, находящихся на расстоянии 0,5м, равна 3,6 Н. Найдите величины этих зарядов.

Ответ: 10-5 Кл

Итоги урока

Учитель подводит итог работы в группах. Отмечает группу, в которой все учащиеся получили “5”, “4”, какая группа (если есть такая) получила только “3”, указывает время пересдачи. Какая группа решила задачи для закрепления пройденного материала.

Домашнее задание

После групповой формы изучения нового материала домашнее задание дифференцированное. Наиболее подготовленной группе: §77, задачи №3,4.

Группа, которая не успела решить задачи на закрепление: §77, задачи №1-3.

Консультанты получают дополнительное задание с опережением:

Дано: заряды q1 ,q2,q3 расположены в вершинах треугольника

Найти силу F1 , с которой заряд q1 взаимодействует с зарядами q2,q3

Литература:

  1. Физика 10 кл: Учебник для общеобразовательных учебных заведений – М. : Дрофа, 2001 г. В. А. Касьянов.
  2. Физика. Дидактические материалы 10 класс; М. Дрофа, 2004 г. А. Е. Марон, Е. А. Марон
  3. Современный урок. Издательство “Учитель”, 2005 г. С. В. Кульневич, Т. П. Т. П. Лакоценина

Элеком37, Электрический заряд и его свойства, Закон Кулона, физика.

Электрический заряд и его свойства.


Точечным зарядом называют заряженное тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь. На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:

Электрический заряд обладает следующими свойствами:.

Силы взаимодействия неподвижных точечных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:

где: ε – диэлектрическая проницаемость среды – безразмерная физическая величина, показывающая, во сколько раз сила электростатического взаимодействия в данной среде будет меньше, чем в вакууме (то есть во сколько раз среда ослабляет взаимодействие). Здесь k – коэффициент в законе Кулона, величина, определяющая численное значение силы взаимодействия зарядов. В системе СИ его значение принимается равным:

Силы взаимодействия точечных неподвижных зарядов подчиняются третьему закону Ньютона, и являются силами отталкивания друг от друга при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения друг к другу при разных знаках. Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Раздел электродинамики, изучающий кулоновское взаимодействие, называют электростатикой.

Закон Кулона справедлив для точечных заряженных тел, равномерно заряженных сфер и шаров. В этом случае за расстояния r берут расстояние между центрами сфер или шаров. На практике закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними. Коэффициент k в системе СИ иногда записывают в виде:

где: ε0 = 8,85∙10–12 Ф/м – электрическая постоянная.

Опыт показывает, что силы кулоновского взаимодействия подчиняются принципу суперпозиции: если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел.

Запомните также два важных определения:

Проводники – вещества, содержащие свободные носители электрического заряда. Внутри проводника возможно свободное движение электронов – носителей заряда (по проводникам может протекать электрический ток). К проводникам относятся металлы, растворы и расплавы электролитов, ионизированные газы, плазма.

Диэлектрики (изоляторы) – вещества, в которых нет свободных носителей заряда. Свободное движение электронов внутри диэлектриков невозможно (по ним не может протекать электрический ток). Именно диэлектрики обладают некоторой не равной единице диэлектрической проницаемостью ε.

Для диэлектрической проницаемости вещества верно следующее (о том, что такое электрическое поле чуть ниже):



Электричество – Закон Кулона – Физика 299

Электричество – Закон Кулона – Физика 299

“Когда человек хотел создать машину, ходить он создал колесо, не похожее на ногу »
Гийом Аполлинер


  • Величина силы притяжения (или отталкивания), F 12 между двумя точечными зарядами q 1 и q 2 составляет дается законом Кулона.


  • , где R 12 – расстояние между обвинения.k – константа пропорциональности, известная как кулоновская константа, имеющая значение 9 x 10 9 Н-м 2 / C 2 дюйм вакуум.

    Обратите внимание, что кулоновская постоянная k равна часто заменяется на (1 / 4π ε 0 ), где ε 0 – диэлектрическая проницаемость вакуума (подробнее позже).

  • Направление этой силы вдоль линии, соединяющей два обвинения со смыслом, определяемым относительными знаками зарядов
  • Обратите внимание, что сила, действующая на каждый заряд, имеет одинаковую величину (как требуется третьим законом движения Ньютона).

  • Для двух 1 кулоновских зарядов, разделенных 1 метром, величина силы определяется выражением,
    F = (9 x 10 9 x 1 x 1) / 1 = 9 x 10 9 Ньютонов

    Это чрезвычайно большое усилие (достаточное для двигайтесь на Эверест с ускорением 1 см / с ( 2 ). В Кулон очень большой блок . Типичные макроскопические заряды измеряются в микрокулонах (10 -6 C).

  • Чтобы справиться с ситуациями с более чем одним зарядом, обвинения должны рассматриваться попарно, так что общая сила на одном заряде будет векторная сумма силы из-за каждого из других обвинений. Например сила на q 1 за счет всех прочих расходов q 2 , q 3 , q 4 … бы быть данный по,
F 1 = F 21 + Факс 31 + Факс 41 + …
  • Уведомление в сходство из Закон Кулона к закону тяготения Ньютона


оба являются законами «обратных квадратов». Заменяющая плата за массу и «k» вместо «G», и у вас есть закон Кулона.
Относительные величины кулоновского постоянная k = 9 x 10 9 и гравитационная постоянная G = 6,67 x 10 -11 , является показателем относительной силы две силы. Электрическая сила притяжения очень, очень сильнее гравитационной силы притяжения.


“The беспроводной телеграф является нет сложно к понимать. Обычный телеграф похож на очень длинную кошку.Ты тянешь хвост в Нью-Йорке, а также Это мяукает в Лос-Анджелес. Беспроводная связь то же самое, только без кота ».
Альберт Эйнштейн


Доктор К. Л. Дэвис
Физический факультет
Университет Луисвилля
электронная почта : [email protected]

Постоянная k в законе Кулона зависит от класса природы A 12, физика CBSE

Подсказка: Значение k зависит от диэлектрической проницаемости среды ($ \ varepsilon $).Электрическая проницаемость среды зависит от ее природы. Это означает, что его значение различается для разных носителей.

Полный пошаговый ответ:
Мы знаем, что любые два тела, имеющие массу, действуют друг на друга с силой притяжения. Эта сила притяжения называется гравитационной силой или силой тяжести. Точно так же любые два заряда во Вселенной оказывают друг на друга силу, которая называется электростатической силой. В отличие от силы тяжести, электростатическая сила может быть как притягивающей, так и отталкивающей, в зависимости от природы зарядов.{2}}} $…. (i)
Здесь k – константа пропорциональности, называемая постоянной Кулона.
Установлено, что значение является постоянным только для данной среды. Величина k зависит от диэлектрической проницаемости среды ($ \ varepsilon $). Электрическая проницаемость среды зависит от ее природы. Это означает, что его значение различается для разных носителей.
Обнаружено, что $ k = \ dfrac {1} {4 \ pi \ varepsilon} $…. (ii).
Следовательно, можно сказать, что значение k зависит от природы среды (поскольку k зависит от $ \ varepsilon $). {-2}} $.

Значение константы k в законе Кулонов – начальный класс 12 по физике CBSE

Подсказка: Мы начнем с закона Кулона, который дает нам величину электростатической силы между двумя точечными зарядами, разделенными расстоянием. Затем мы найдем значение константы \ [k \] из уравнения, используя значение диэлектрической проницаемости свободного пространства (\ [{{\ varepsilon} _ {0}} \]), которое является физической константой, используемой в электромагнетизме, которая представляет собой способность вакуума допускать электрические поля.{9}} \].
Следовательно, правильный ответ – вариант D.

Примечание:
У нас есть большой смысл запоминать эту константу, потому что мы можем напрямую заменить ее постоянной частью в уравнении. Также эта постоянная используется для определения напряженности электрического поля и потенциальной электрической энергии. Мы должны знать, что эта постоянная зависит от среды, в которой присутствуют силовые линии электрического поля. Это значение постоянной не применимо в среде, отличной от вакуума.Нам нужно будет подставить диэлектрическую проницаемость этой среды, чтобы найти значение этой постоянной в этих средах.

Единицы в законе Кулона и постоянной Кулона

Ричард Фейнман сказал, что почти все действительно интересно, если вникнуть в это достаточно глубоко. В этом духе я собираюсь углубиться в единицы измерения постоянной Кулона. Оказывается, это интересная кроличья тропа.

Закон Кулона гласит, что сила между двумя заряженными частицами пропорциональна произведению их зарядов и обратно пропорциональна расстоянию между ними.В символах,

Константа пропорциональности, член k e , известна как постоянная Кулона .

шт.

Какие единицы у постоянной Кулона? Что ж, они такие, какими должны быть. Левая часть – это сила, поэтому она измеряется в ньютонах , Н . Заряды измеряются в кулонах , а расстояния в метрах , поэтому правая часть, помимо постоянной Кулона, имеет единицы кулоны в квадрате на квадратный метр, К2 / м².Таким образом, k e должны иметь единицы N м² / C².

Хорошо, но что такое кулон ? Вот тут-то и становится интересно.

Неофициальное определение, которое вы можете встретить в учебнике, состоит в том, что кулонов – это величина заряда на определенном количестве электронов, а ампер – это ток такого количества электронов, протекающих в секунду.

Еще два года назад формальное определение заключалось в том, что кулонов определяли количество заряда, переносимого током в один ампер в секунду [1], а ампер определялся как

.

тот постоянный ток, который, если он поддерживается в двух прямых параллельных проводниках бесконечной длины, с незначительным круглым поперечным сечением и помещен на расстоянии одного метра в вакууме, создает между этими проводниками силу, равную 2 × 10 −7 ньютонов. на метр длины.

Великое переосмысление

В определениях единиц СИ было несколько вещей, которые не удовлетворяли. Например, бесконечно длинные проводники в определении ампера находятся в дефиците.

Определения основных единиц со временем менялись по мере изменения технологии измерения. Например, килограмм был определен как масса определенного физического объекта, прототипического международного килограмма. Очевидно, это неудобно, но до недавнего времени было технически невозможно сделать что-то лучше.

Основные единицы системы СИ были пересмотрены с 20 мая 2019 г.

Элементарный заряд , заряд отдельного электрона, равен

e = 1,602176634 × 10 −19 кулонов.

Это уравнение раньше было эмпирическим утверждением, измеренным значением элементарного заряда в кулонах. Теперь уравнение считается точным по определению , определяя кулон.

Теперь, когда мы знаем, что такое кулон, давайте вернемся к постоянной Кулона.Мы сказали, что k e должны иметь единицы N м² / C². Мы уже говорили, что такое кулоны, а что насчет ньютонов и метров? Ньютон определяется как килограмм, метр и секунда, и определения всех этих единиц также изменились.

Скорость света теперь

c = 299792458 м⋅с -1

по определению . Второй определяется так, что частота перехода атома цезия-133 составляет 9 192 631 770 циклов в секунду, а счетчик определяется в терминах скорости света и секунды.

Постоянная Планка теперь равна

.

ч = 6,62607015 × 10 −34 кг м² / с

по определению, который определяет килограмм в единицах метра, секунды и ч, . Теперь кто-то на далекой планете, не имеющий доступа к стандартному килограмму, может определить, сколько килограмма, путем измерения скорости света, частоты атома цезия-133 и постоянной Планка.

Постоянная Кулона

Постоянная Кулона равна

.

, где ɛ 0 диэлектрическая проницаемость вакуума .

Сейчас

, где c – скорость света, а μ 0 – проницаемость вакуума.

Раньше было

μ 0 = 4π × 10 −7 НЕТ 2

по определению, но теперь, когда скорость света указана как точная по определению, μ 0 – это измеряемая величина. Тем не менее, измеренное значение очень близко к предыдущему определению с точностью до девяти значащих цифр. Теперь значение c является точным по определению, и поэтому произведение ɛ 0 и μ 0 является точным по определению, но ɛ 0 и μ 0 определяется индивидуально эмпирически.

Ссылки по теме

[1] Аббревиатура кулонов – C , а аббревиатура ампер – A , потому что единицы, названные в честь людей, такие как Coulomb и Ampère, пишутся с заглавной буквы. Но почему полные названия единиц «кулон» и «ампер» не пишутся с заглавной буквы? Поскольку полные названия единиц СИ – , а не с заглавной буквы. Кроме Цельсия. C’est Comm ça parce que c’est Com ça .

Закон Кулона – Веб-формулы

Согласно ученому Кулону, электрическая сила между двумя неподвижными полюсами прямо пропорциональна произведению их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Рассмотрим два неподвижных полюса, имеющих заряды q

1 и q 2 и разделенные расстоянием r, тогда электрическая сила (F) будет:

F œ q

1 q 2 и F œ 1 / r 2
F = K · q 1 · q 2 / r 2

Где
K = постоянная, имеющая значение 9 × 10 9 Нм 2 C -2
r = расстояние в метрах (м)
q 1, q 2 = заряды, выраженные в кулонах (Кл)
F = электрическая сила в Ньютонах (Н)

Предположим, мы рассматриваем вакуум как среду между двумя полюсами, тогда постоянная K заменяется на 1/4 π · ε

0 , где ε 0 – электрическая проницаемость свободного пространства. .

F = (1/4 π · ε

0 ) · (q 1 · q 2 / r 2 )

Закон Кулона используется для определения силы отталкивания, действующей между двумя электрическими зарядами. В случае наличия более двух электрических зарядов принцип суперпозиции в дополнение к закону Кулона применяется для расчета чистой электронной силы, действующей на любой один заряд.

Принцип суперпозиции определяется как когда на заряд действует более одной кулоновской силы, результирующая кулоновская сила, действующая на него, равна векторной сумме отдельных сил.

Короче говоря, кулоновская сила, действующая между двумя зарядами, не зависит от наличия другого заряда, что означает, что кулоновская сила – это сила двух тел.

Согласно закону Кулона величина электрического поля (

E ), создаваемого одиночным точечным зарядом (q) на определенном расстоянии (R), определяется по формуле:


Где q – точечный заряд.

Напряженность электрического поля положительного точечного заряда направлена ​​наружу в радиальном направлении и имеет величину, пропорциональную заряду и обратно пропорциональную квадрату расстояния от заряда.Это означает, что у нас есть электрическое поле, вызванное положительным точечным зарядом. Затем мы можем измерить напряженность этого поля на другом расстоянии, которое равно R. Чем дальше мы измеряем силу, тем больше становится R и тем меньше становится напряженность этого поля в конкретном месте.

Когда заряд не находится в центре координаты, мы можем использовать следующие уравнения:

начиная с

таким образом:

Расчет:
Пример 1: Сила, действующая между двумя частицами, равна равный весу одного из них.Две частицы имеют одинаковую массу 1,6 кг и заряд 1,6С. Посчитайте расстояние между ними. Значение K = 9 × 10 9 и g = 10 мс -2 .

K = 9 × 10 9
g = 10 мс -2
q 1 = q 2 = 1,6C
m = 1,6 кг
F = масса одной из частиц = мг, что дает:
F = K · q 1 · q 2 / r 2 = mg

Выделяя r из уравнения, получаем:
r 2 = K · q 1 · q 2 / мг
r 2 = 9 × 10 9 × (1.6 × 1,6) / (1,6 × 10)
r 2 = 1,440 × 10 9
r = 1,2 × 10 3

Пример 2: Сила, действующая между двумя зарядами, находящимися на определенном расстоянии, равна A. Предположим, что величина зарядов уменьшена вдвое и расстояние между ними увеличивается вдвое, то сила, действующая между ними, равна?

а) А / 4
б) А / 16
в) А / 8
г) A

Мы знаем, что:
F = A
Сборы уменьшены вдвое = q 1 /2 q 2 /2
Расстояние удвоено = 2r

Вставляем значения в F = K · q 1 · q 2 / r 2 , получаем:
F новый = K · (q 1 /2) · (q 2 /2) / (2r) 2
F новый = K · q 1 · q 2 / ( 16 р 2 )
И F новый = F / 16, так как F = A, имеем:
F новый = A / 16

General Physics II

Electric Поля

Помните, НЕДОСТАТОЧНЫЕ обвинения привлекают,

или

и LIKE отталкивают заряды,

или

От чего зависит величина этой электрической силы F?

Сила F прямо пропорциональна зарядам Q и кв,

ф Q q

Сила F обратно пропорциональна квадрат расстояния r между зарядами,

ф 1 / п 2

ф. 1 / п 2

ф. 1 / п 2

Мы можем объединить их как

ф Q кв / р 2

В то время как пропорции хорош для качественных дискуссий и сравнений, уравнения много проще использовать для расчетов.Мы можем изменить это на уравнение с константа пропорциональность , к.

F = k Q q / r 2

Эта коэффициент пропорциональности k зависит от единиц измерения. мы используем. Если мы измеряем силу F в ньютонах (Н), расстояние r в метрах. (m) и заряжает Q и q в кулонах (C), тогда k имеет значение из

k = 9 x 10 9 N м 2 / C 2

Теперь мы должны спросить, что такое кулон заряда, в любом случае?

Электрический заряд электрона или протона обозначается буквой е. и равно.. .

Закон Кулона описывает силу F между двумя электрическими заряды, Q и q, расстояние r друг от друга,

Какова сила между двумя положительными зарядами, 1 C и 2 С, когда их разделяет расстояние в 1 м?

Помните, что сила – это вектор .Закон Кулона позволяет нам вычислить величину электрической силы, но мы должны еще учтите, что сила – это вектор!

Пример кулоновского Закон .

Мы также когда-нибудь запишем эту «постоянную Кулона» как

где “эпсилон-ноль”

и известна как «диэлектрическая проницаемость свободного пространства». Что имя звучит зловеще, чем нужно. Это просто еще одна форма «постоянной Кулона» – и не более того! Там являются основными ситуациями или основными уравнениями, в которых мы получаем фактор

, который в таком случае удобнее записать как


Возможно, вы смотрели на весы Кавендиша, когда вы говорили о гравитации.Кавендиш использовал очень тонкий, балансировка для измерения невероятно малых сил. Кулон при измерении электрические силы должны были работать с большими силами. Вот эскиз весов, которые он использовал для измерения электрических сил и определить характеристику по r-квадрату электрического сила:

c) Дуг Дэвис, 2002 год; все права защищены

Закон Кулона – Электростатика – MCAT Content

Согласно закону Кулона сила между двумя зарядами пропорциональна обоим зарядам и обратно пропорциональна расстоянию между зарядами.

Электрический заряд – это свойство, которое создает силы, которые могут притягивать или отталкивать материю. Формула, описывающая взаимодействия между зарядами, удивительно похожа на формулу, которая характеризует взаимодействия между массами . Для электрических полей сила (F) связана с зарядами (q1, q2) и расстоянием (r) между ними как:

Формула силы тяжести имеет ту же форму, что и закон Кулона , но связывает произведение двух масс (а не зарядов) и использует другую константу.9 Н⋅м2⋅C − 2


Практические вопросы

Ханская академия

Официальная подготовка MCAT (AAMC)

Пакет вопросов по физике, вопрос 44

Physics Question Pack Отрывок 17, вопрос 100

Physics Question Pack Отрывок 17 Вопрос 103

Ключевые точки

• Закон Кулона количественно определяет взаимодействие между двумя стационарными зарядами. Оно пропорционально обоим зарядам и обратно пропорционально расстоянию между зарядами.


Ключевые термины

массы : физическое свойство материи, которое зависит от размера и формы материи и выражается в килограммах в системе СИ.

постоянная кулона is ke ≈ 9 × 109 Н⋅м 2 ⋅C −2

электрический заряд: физическое свойство вещества, которое заставляет его испытывать силу при помещении в электромагнитное поле

электрическое поле : область вокруг заряженной частицы или объекта, в пределах которой сила будет действовать на другие заряженные частицы или объекты

Закон Кулона: Величина электростатической силы притяжения или отталкивания между двумя точечными зарядами прямо пропорциональна произведению величин зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.