закона на Кулон
Електротехника: Основи
закона на Кулон
През 1785, френски физик Шарл Огюст Висулка експериментално установен основният закон на електростатиката - закона на взаимодействието на две фиксирана точка заредени тела или частици.
Законът на взаимодействие на дълготрайни електрически заряди - закона на Кулон - основния (основно) физически закон. Нито пък на други закони на природата, той не последва.
Ако означим модули акция | q1 | и | q2 |, закон на Кулон може да се запише в следния вид:
където к - коефициент на пропорционалност, чиято стойност зависи от избора на дялове на електрически заряд. Системата SI Nm 2 / C 2, където ε0 - електрическа константа равна на 8,85 х 10 -12 Cl 2 / Nm 2
Формулировката на закона:
Силата на взаимодействието на две точкови фиксирани заредени тела във вакуумна е пряко пропорционална на продукта от модулите за зареждане и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях на.
закона на Кулон в тази формулировка е валидна само за точкови обвинен органи, тъй като тя е само за тях понятието за разстояние между таксите, има определено значение. Точка зарежда тела в природата. Но, ако разстоянието между органите много пъти по-големи от техния размер, който и да е форма, с всякакви размери на заредените тела е от съществено значение, тъй като опитът показва, не се отразяват взаимодействието между тях. В този случай, тялото може да се разглежда като точка.
Това е лесно да се намери, че две заредени топки окачени на струни, или привлечени един към друг или отблъскват помежду си. От това следва, че силата на взаимодействието на две фиксирана точка зарежда органи са насочени по правата линия, свързваща тези органи.
Тези сили се наричат централни. Сочещ сила действа от първото зареждане от втория, и с - (. Фигура 1) силата, действаща на втория заряд от първата, в съответствие с третия закон на Нютон. Означаваме вектора радиус съставен от втория заряд на първия (фиг. 2), след това
Ако Q1 и Q2 такси признаци са същите, посоката на сила съвпада с посоката на вектора; в противен случай вектори и ориентирани в противоположни посоки.
Познаването на законодателството на взаимодействие на точкови обвинен органи, че е възможно да се изчисли силата на взаимодействието на заредени всички органи. което трябва да бъде мислено разделен на такива малки елементи на тялото, така че всеки от тях може да се разглежда като точка. Добавянето на геометрично сили на взаимодействие на всички тези елементи заедно, можем да изчислим получената силата на взаимодействието.
Откриването на закона на Кулон - първата конкретна стъпка в изследването на свойствата на електрическия заряд. Наличието на електрически заряд в органите или елементарни частици е, че те взаимодействат помежду си по закона на Кулон. Не е възможно отклонение от стриктното спазване на закона на Кулон в момента не е намерен.
опит на Кулон
Необходимостта от провеждането на опити Кулон е била причинена от факта, че в средата на ХVIII век. Тя натрупани много качествени данни за електрически явления. Имаше нужда да им се даде количествена интерпретация. Тъй като силата на електрическия взаимодействието са относително малки, има сериозен проблем в създаването на метод, който ще позволи да се направят измервания и получи необходимата количествен материал.
Френски инженер и учен Шарл Кулон предложен метод за измерване на малки сили, който се основава на следните експериментални факти, открити от учените: силата, генерирана от еластичната деформация на металната жица е пряко пропорционално на ъгъла на завъртане, четвъртата власт от диаметъра на проводника и обратно пропорционална на неговата дължина:
където г - диаметър, L - дължина на тел, φ - ъгъла на завъртане. В математически израз к фактор на пропорционалност е емпирично и зависи от естеството на материала, от който е направена проводник.
Този модел е бил използван в т.нар усукване баланс. Чрез възможно мащаб за измерване на малка буква сила от около 5 х 10 -8 Н.
Торсионните люспи (Фиг. 3a) се състои от лек стъкло бутон 9 10.83 cm дължина и се суспендира от сребърна тел дълго 5 около 75 см, 0.22 см в диаметър. В единия край на кулисното рамо намира Buzinova посяват топчета 8, а в другия - за разлика от 6 - хартия кръг, напоена с терпентин. Горният край на жицата прикрепен към главното устройство 1. Тук има указател 2, с което ъгъл на огъване се измерва на циферблата 3. преждата има градуирана скала. Цялата система се поставя в стъклени цилиндри 4 и горния капак 11. В долния цилиндър има отвор, в който стъклена пръчка с топка на края 7. Експериментите се прилагат перли с диаметър в диапазона 0.45 - 0.68 cm.
Преди започване на експеримента, показалеца на главата се определя на нула. След това топката 7 е зареден с предварително електрифицирана топка 12. Когато топката 7 в контакт с движимо топката 8, преразпределението на зареждане. Въпреки това, поради факта, че диаметрите на зърната са идентични и са идентични такси на мъниста 7 и 8.
Поради електростатично отблъскване перли (фиг. 3b) кулисното рамо 9 завърта от γ ъгъл (по скала от 10). С главата 1 е върнат в изходна позиция лъч на. По скала от 3 показалеца 2 позволява да се определи ъгълът α обрат прежди. Общият ъгъл на огъване прежди φ = γ + α. Силата на взаимодействието между топките е пропорционална φ. т.е. ъгълът на завъртане е възможно да се прецени степента на силата.
При постоянно разстояние между топките (е записан на скала от 10 градуса) изследвана зависимостта на интензивността на електрическия взаимодействието между точка на тялото на заряда върху тях.
За да се определи зависимостта на силата на заряда на мъниста висулка намерил просто и гениално начин за промяна на заряда на топки. За тази цел той се свързва зарежда топката (или топки 7, 8) с един и същи размер незаредени (крушка 12 на изолиращ дръжката). Зарядът в този случай се разпределя поравно между топките като намалената заряд анализира при 2, 4, и така нататък. G. времето. Новата стойност на силата на новата стойност на таксата отново беше определена експериментално. Оказа се, че силата е право пропорционална на произведението на такси крушки:
Зависимостта на сила на електрически взаимодействието на разстоянието е установена, както следва. След обявяването на крушките с такса (това е те имат същата) лъч се отклонява от γ ъгъл. След това, завъртане на главата 1 да се намали този ъгъл γ1. Общият ъгъл обрат ф1 = α1 + (γ - γ1) (α1 - ъгъл на завъртане на главата). С намаляване на ъгловото разстояние топки преди γ2 общо ъгъл обрат φ2 = α2 + (γ - γ2). Установено е, че ако γ1 = 2γ2. ДА φ2 = 4φ1. т. е., когато разстоянието е 2 пъти сила на взаимодействие се увеличава 4 пъти. Същият фактор увеличава въртящия момент, тъй като усукване въртящ момент е пряко пропорционален на ъгъла на завъртане, и по този начин сила на (момент рамото остава непроменена). Следователно заключението, че силата на взаимодействие между две заредени капчици е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях:
литература
2. Volshteyn S. L. и сътр методи в науката Физическа училище :. Наръчник за преподаватели / SL Wohlstein, SV Pozoysky, VV Usanov; Ед. SL Wohlstein. - Mn. Нар. asveta, 1988. - 144 стр.