PrawoCoulomba
Download
Report
Transcript PrawoCoulomba
Prawo Coulomba
Autor:
Dawid Soprych
Oddziaływanie elektrostatyczne
Oddziaływanie elektrostatyczne odkryte zostało w starożytności.
Stwierdzono wtedy, że bursztyn2.1, potarty wełną, przyciąga
skrawki wełnianych nitek. Dalsze badania pozwoliły stwierdzić,
że istnieją dwa rodzaje ładunków elektrycznych, tradycyjnie
nazywane dodatnimi i ujemnymi. Ciała naładowane takimi
samymi ładunkami odpychają się, ciała naładowane ładunkami
przeciwnymi przyciągają się.
Dzisiaj wiemy, że ładunek jest podstawową właściwością
niektórych cząstek elementarnych. Materia tworząca otaczający
nas świat składają się z dodatnich protonów, ujemnych
elektronów i neutralnych neutronów. Wartości ładunku elektronu
i protonu są jednakowe. Ciało naładowane dodatnio ma więcej
protonów niż elektronów. Ciało naładowane ujemnie ma więcej
elektronów niż protonów (patrz też dalej).
Sformułowanie prawa Coulomba
Badając oddziaływanie ciał
naelektryzowanych, Coulomb
stwierdził (w 1785 roku), że
dla dwóch ładunków
elektrycznych o
zaniedbywalnych rozmiarach
geometryczny:
wartość siły jest
proporcjonalna do iloczynu
ładunków, czyli: —>
wartość siły jest odwrotnie
proporcjonalna do kwadratu
odległości pomiędzy
ładunkami ,
siła ma kierunek prostej,
łączącej ładunki.
Wyrażenie na wartość siły - bez
uwzględnienia kierunku - w obecnie
używanym układzie SI zapisujemy
wzorem:↓
Wektorowe wyrażenie na siłę z uwzględnieniem kierunku i
zwrotu - ma postać:→
gdzie wektor jednostkowy
(wersor)
określa kierunek
siły (rys. 2.1). Stałą
nazywamy przenikalnością
dielektryczną próżni. Jest
ona równa w przybliżeniu:→
Rysunek 2.1: Ilustracja prawa Coulomba.
Jednostka ładunku
Obecnie używaną jednostką
ładunku elektrycznego jest
jeden kulomb
Definiujemy go jako iloczyn
jednego ampera
przez
jedna sekundę
:
Niestety nie możemy teraz podać precyzyjnej definicji
ampera, bo do tego potrzebne jest nam wyrażenie na siłę,
którą oddziałują na siebie przewody, w których płyną prądy
elektryczne. Wrócimy do tej sprawy w paragrafie #.
Kulomb jest bardzo dużą jednostką
Uzmysłówmy sobie, jaka siła działałaby pomiędzy
dwoma ładunkami o wartości
umieszczonymi w
odległości 1 metra. Ze wzorów (2.1) i (2.4) obliczamy
natychmiast, że byłaby to siła o wartości około
Taką siłą Ziemia przyciąga w przybliżeniu masę
. Masę taką ma sześcian wodny o boku
Jest to siła - w ludzkiej skali - bardzo duża.
Uzmysławia nam to, że w typowych doświadczeniach
z elektrostatyki mamy do czynienia z ładunkami o
rzędy mniejszymi od jednego kulomba.
Ładunki w typowych
doświadczeniach z elektrostatyki
Można zadać pytanie: z jakimi ładunkami mamy do
czynienia w typowych doświadczeniach z
elektrostatyki? Oszacujmy to na prostym przykładzie:
Dwie piłeczki pingpongowe o masach
zawieszono na niciach o długości
w
jednym punkcie. Po naelektryzowaniu piłeczek
jednakowymi ładunkami
oddaliły się od siebie tak,
że odległość pomiędzy ich środkami stała się równa
(rys. 2.2). Jaka jest wartość ładunku
?
Rysunek 2.2: Odpychające się
naelektryzowane kuleczki.
Spójrzmy na rysunek.
Stosując twierdzenie
Pitagorasa do dużego
trójkąta i korzystając
z podobieństwa
trójkątów możemy
napisać, że stosunek
wartości siły
elektrostatycznej
do wartości siły przyciągania
ziemskiego
jest równy: ↓
Stąd:
Podstawiając wartości liczbowe
otrzymujemy (
):
Widać, ze w typowych doświadczeniach z
elektrostatyki mamy do czynienia z ładunkami
o rzędy mniejszymi od jednego kulomba.
Podobnie jest i w typowych zjawiskach
elektrostatycznych z życia codziennego, jak
elektryzowanie się włosów przy czesaniu
plastikowym grzebieniem.
KONIEC