1785 में, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी चार्ल्स कूलम्ब ने प्रयोगात्मक रूप से इलेक्ट्रोस्टैटिक्स के मूल नियम की स्थापना की - दो गतिहीन बिंदु आवेशित पिंडों या कणों की परस्पर क्रिया का नियम।

गतिहीन विद्युत आवेशों की परस्पर क्रिया का नियम - कूलम्ब का नियम - मुख्य (मौलिक) भौतिक नियम है और इसे केवल अनुभवजन्य रूप से स्थापित किया जा सकता है। यह प्रकृति के किसी अन्य नियम का पालन नहीं करता है।

अगर हम चार्ज मॉड्यूल को | . के रूप में नामित करते हैं क्यू 1 | और | क्यू 2 |, तो कूलम्ब के नियम को निम्नलिखित रूप में लिखा जा सकता है:

\(~F = k \cdot \dfrac(|q_1| \cdot |q_2|)(r^2)\) , (1)

कहाँ पे क- आनुपातिकता का गुणांक, जिसका मूल्य विद्युत आवेश की इकाइयों की पसंद पर निर्भर करता है। एसआई प्रणाली में \(~k = \dfrac(1)(4 \pi \cdot \varepsilon_0) = 9 \cdot 10^9\) N m 2 /Cl 2, जहां ε 0 8.85 10 के बराबर एक विद्युत स्थिरांक है -12 सी 2 / एनएम 2।

कानून की शब्दावली:

निर्वात में दो बिंदु गतिहीन आवेशित पिंडों की परस्पर क्रिया का बल आवेश मॉड्यूल के उत्पाद के सीधे आनुपातिक होता है और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

इस बल को कहा जाता है कूलम्ब.

इस सूत्रीकरण में कूलम्ब का नियम केवल किसके लिए मान्य है? बिंदुआवेशित निकाय, क्योंकि केवल उनके लिए आवेशों के बीच की दूरी की अवधारणा का एक निश्चित अर्थ है। प्रकृति में कोई बिंदु आवेशित निकाय नहीं हैं। लेकिन अगर पिंडों के बीच की दूरी उनके आकार से कई गुना अधिक है, तो न तो आकार और न ही आवेशित पिंडों का आकार, जैसा कि अनुभव से पता चलता है, उनके बीच की बातचीत को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित नहीं करता है। इस मामले में, निकायों को बिंदु के रूप में माना जा सकता है।

यह पता लगाना आसान है कि डोरियों पर लटकी दो आवेशित गेंदें या तो एक दूसरे को आकर्षित करती हैं या एक दूसरे को प्रतिकर्षित करती हैं। इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि दो गतिहीन बिंदु आवेशित पिंडों के परस्पर क्रिया बल इन पिंडों को जोड़ने वाली सीधी रेखा के साथ निर्देशित होते हैं। ऐसी ताकतों को कहा जाता है केंद्रीय. यदि \(~\vec F_(1,2)\) के माध्यम से हम दूसरे चार्ज से पहले चार्ज पर अभिनय करने वाले बल को और दूसरे चार्ज पर अभिनय करने वाले बल को \(~\vec F_(2,1)\) से निरूपित करते हैं पहले (चित्र 1) से, फिर, न्यूटन के तीसरे नियम के अनुसार, \(~\vec F_(1,2) = -\vec F_(2,1)\) । \(\vec r_(1,2)\) द्वारा दूसरे आवेश से पहले (चित्र 2) तक खींचे गए त्रिज्या वेक्टर द्वारा निरूपित करें, फिर

\(~\vec F_(1,2) = k \cdot \dfrac(q_1 \cdot q_2)(r^3_(1,2)) \cdot \vec r_(1,2)\) । (2)

अगर चार्ज संकेत क्यू 1 और क्यू 2 समान हैं, तो बल की दिशा \(~\vec F_(1,2)\) वेक्टर की दिशा के साथ मेल खाती है \(~\vec r_(1,2)\) ; अन्यथा, सदिश \(~\vec F_(1,2)\) और \(~\vec r_(1,2)\) विपरीत दिशाओं में निर्देशित हैं।

बिंदु आवेशित पिंडों की परस्पर क्रिया के नियम को जानकर, किसी भी आवेशित पिंडों की परस्पर क्रिया के बल की गणना करना संभव है। ऐसा करने के लिए, शरीर को मानसिक रूप से ऐसे छोटे तत्वों में विभाजित किया जाना चाहिए कि उनमें से प्रत्येक को एक बिंदु माना जा सके। ज्यामितीय रूप से इन सभी तत्वों की परस्पर क्रिया के बलों को एक दूसरे के साथ जोड़कर, परस्पर क्रिया के परिणामी बल की गणना करना संभव है।

कूलम्ब के नियम की खोज विद्युत आवेश के गुणों के अध्ययन में पहला ठोस कदम है। निकायों या प्राथमिक कणों में विद्युत आवेश की उपस्थिति का अर्थ है कि वे कूलम्ब नियम के अनुसार एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। वर्तमान में कूलम्ब के नियम के सख्त कार्यान्वयन से कोई विचलन नहीं पाया गया है।

कूलम्ब अनुभव

कूलम्ब के प्रयोगों की आवश्यकता इस तथ्य के कारण थी कि 18 वीं शताब्दी के मध्य में। विद्युत परिघटनाओं पर बहुत अधिक गुणात्मक डेटा जमा किया। उन्हें मात्रात्मक व्याख्या देने की आवश्यकता थी। चूंकि विद्युत संपर्क की ताकतें अपेक्षाकृत छोटी थीं, इसलिए एक ऐसी विधि बनाने में एक गंभीर समस्या उत्पन्न हुई जिससे माप करना और आवश्यक मात्रात्मक सामग्री प्राप्त करना संभव हो सके।

फ्रांसीसी इंजीनियर और वैज्ञानिक सी। कूलम्ब ने छोटे बलों को मापने के लिए एक विधि प्रस्तावित की, जो निम्नलिखित प्रायोगिक तथ्य पर आधारित थी, जिसे स्वयं वैज्ञानिक ने खोजा था: धातु के तार के लोचदार विरूपण से उत्पन्न होने वाला बल मोड़ के कोण के सीधे आनुपातिक होता है। , तार व्यास की चौथी शक्ति और इसकी लंबाई के व्युत्क्रमानुपाती:

\(~F_(ynp) = k \cdot \dfrac(d^4)(l) \cdot \varphi\) ,

कहाँ पे डी- व्यास, मैं- तार की लंबाई, φ - मोड़ कोण। उपरोक्त गणितीय व्यंजक में, आनुपातिकता गुणांक कअनुभवजन्य रूप से पाया गया था और उस सामग्री की प्रकृति पर निर्भर करता था जिससे तार बनाया गया था।

इस पैटर्न का उपयोग तथाकथित मरोड़ संतुलन में किया गया था। बनाए गए तराजू ने 5 10 -8 एन के क्रम के नगण्य बलों को मापना संभव बना दिया।

चावल। 3

मरोड़ संतुलन (चित्र 3, ए) में एक हल्के कांच के बीम शामिल थे 9 10.83 सेमी लंबा, चांदी के तार से लटका हुआ 5 लगभग 75 सेमी लंबा, 0.22 सेमी व्यास। घुमाव के एक छोर पर एक सोने का पानी चढ़ा हुआ बल्डबेरी बॉल था 8 , और दूसरी तरफ - एक काउंटरवेट 6 - तारपीन में डूबा हुआ एक पेपर सर्कल। तार का ऊपरी सिरा इंस्ट्रूमेंट हेड से जुड़ा था 1 . यहां एक संकेतक भी था। 2 , जिसकी सहायता से धागे के मुड़ने के कोण को एक वृत्ताकार पैमाने पर गिना जाता था 3 . पैमाने पर स्नातक किया गया है। पूरी प्रणाली कांच के सिलेंडरों में रखी गई थी। 4 और 11 . निचले सिलेंडर के ऊपरी आवरण में एक छेद था जिसमें एक गेंद के साथ एक कांच की छड़ डाली गई थी। 7 अंत में। प्रयोगों में, 0.45 से 0.68 सेमी तक के व्यास वाली गेंदों का उपयोग किया गया था।

प्रयोग शुरू होने से पहले, हेड इंडिकेटर को शून्य पर सेट किया गया था। फिर गेंद 7 एक पूर्व-विद्युतीकृत गेंद से चार्ज किया गया 12 . जब गेंद छूती है 7 चलती गेंद के साथ 8 प्रभार पुनर्वितरित किया गया था। हालाँकि, इस तथ्य के कारण कि गेंदों का व्यास समान था, गेंदों पर आवेश समान थे। 7 और 8 .

गेंदों के इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण के कारण (चित्र 3, बी), घुमाव 9 किसी कोण पर मुड़ गया γ (पैमाने पर 10 ) सिर के साथ 1 यह घुमाव अपनी मूल स्थिति में लौट आया। पैमाने पर 3 सूचक 2 कोण निर्धारित करने की अनुमति दी α धागा घुमा। कुल मोड़ कोण φ = γ + α . गेंदों की परस्पर क्रिया का बल आनुपातिक था φ अर्थात्, इस बल के परिमाण को आंकने के लिए मोड़ कोण का उपयोग किया जा सकता है।

गेंदों के बीच एक स्थिर दूरी पर (यह एक पैमाने पर तय किया गया था 10 डिग्री माप में) उन पर आवेश के परिमाण पर बिंदु निकायों के विद्युत संपर्क के बल की निर्भरता का अध्ययन किया गया था।

गेंदों के आवेश पर बल की निर्भरता को निर्धारित करने के लिए, कूलम्ब ने एक गेंद के आवेश को बदलने का एक सरल और सरल तरीका खोजा। ऐसा करने के लिए, उसने एक आवेशित गेंद (गेंदों .) को जोड़ा 7 या 8 ) समान आकार के बिना आवेशित (गेंद .) 12 इन्सुलेट हैंडल पर)। इस मामले में, चार्ज को गेंदों के बीच समान रूप से वितरित किया गया था, जिससे जांच की गई चार्ज 2, 4, आदि गुना कम हो गई। चार्ज के नए मान पर बल का नया मान फिर से प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया गया था। उसी समय, यह निकला कि बल गेंदों के आवेशों के गुणनफल के समानुपाती होता है:

\(~F \sim q_1 \cdot q_2\) ।

दूरी पर विद्युत संपर्क बल की निर्भरता निम्नानुसार खोजी गई थी। गेंदों को चार्ज करने के बाद (उनके पास एक ही चार्ज था), रॉकर एक निश्चित कोण से विचलित हो गया था γ . फिर सिर घुमाना 1 यह कोण घटाकर कर दिया जाता है γ एक । मोड़ का कुल कोण φ 1 = α 1 + (γ - γ 1)(α 1 - हेड रोटेशन एंगल)। जब गेंदों की कोणीय दूरी कम हो जाती है γ 2 कुल मोड़ कोण φ 2 = α 2 + (γ - γ 2))। यह देखा गया कि यदि γ 1 = 2γ 2, तब φ 2 = 4φ 1, यानी, जब दूरी 2 के गुणनखंड से कम हो जाती है, तो अंतःक्रियात्मक बल 4 के गुणनखंड से बढ़ जाता है। बल का क्षण उसी मात्रा में बढ़ गया, क्योंकि मरोड़ विरूपण के दौरान बल का क्षण सीधे मोड़ के कोण के समानुपाती होता है, और इसलिए बल (बल की भुजा अपरिवर्तित रहती है)। इससे यह निष्कर्ष निकलता है: दो आवेशित गोलों के बीच लगने वाला बल उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है:

\(~F \sim \dfrac(1)(r^2)\) ।

साहित्य

1. मायाकिशेव जी। वाई। भौतिकी: इलेक्ट्रोडायनामिक्स। 10-11 सेल: पाठ्यपुस्तक। भौतिकी / G.Ya के गहन अध्ययन के लिए। मायाकिशेव, ए.जेड. सिन्याकोव, बी.ए. स्लोबोडस्कोव। - एम .: बस्टर्ड, 2005. - 476 पी।
2. Volshtein S.L. et al। स्कूल में भौतिक विज्ञान के तरीके: शिक्षक के लिए एक गाइड / एस.एल. वोल्शेटिन, एस.वी. पॉज़ोइस्की, वी.वी. उसानोव; ईडी। एस.एल. वोल्शेटिन। - एम.: नर. अश्वेता, 1988. - 144 पी।

चार्ज और बिजली ऐसे मामले हैं जो उन मामलों के लिए अनिवार्य हैं जब चार्ज किए गए निकायों की बातचीत देखी जाती है। ऐसा लगता है कि प्रतिकर्षण और आकर्षण की शक्तियां आवेशित पिंडों से निकलती हैं और एक साथ सभी दिशाओं में फैलती हैं, धीरे-धीरे दूर हो जाती हैं। इस बल की खोज एक बार प्रसिद्ध फ्रांसीसी प्रकृतिवादी चार्ल्स कूलम्ब ने की थी, और जिस नियम का पालन निकायों द्वारा किया जाता है, उसे कूलम्ब का नियम कहा जाता है।

चार्ल्स पेंडेंट

फ्रांसीसी वैज्ञानिक का जन्म फ्रांस में हुआ था, जहाँ उन्होंने एक उत्कृष्ट शिक्षा प्राप्त की थी। उन्होंने इंजीनियरिंग विज्ञान में अर्जित ज्ञान को सक्रिय रूप से लागू किया और तंत्र के सिद्धांत में महत्वपूर्ण योगदान दिया। कूलम्ब उन कार्यों के लेखक हैं जिन्होंने पवन चक्कियों के संचालन, विभिन्न संरचनाओं के आँकड़े, बाहरी ताकतों के प्रभाव में धागों के मुड़ने का अध्ययन किया। इन कार्यों में से एक ने कूलम्ब-एमोंटन कानून की खोज में मदद की, जो घर्षण प्रक्रियाओं की व्याख्या करता है।

लेकिन चार्ल्स कूलम्ब ने स्थैतिक बिजली के अध्ययन में मुख्य योगदान दिया। इस फ्रांसीसी वैज्ञानिक द्वारा किए गए प्रयोगों ने उन्हें भौतिकी के सबसे मौलिक नियमों में से एक को समझने के लिए प्रेरित किया। यह उनके लिए है कि हम आवेशित निकायों की परस्पर क्रिया की प्रकृति के बारे में अपना ज्ञान देते हैं।

पार्श्वभूमि

आकर्षण और प्रतिकर्षण के बल जिनके साथ विद्युत आवेश एक दूसरे पर कार्य करते हैं, आवेशित पिंडों को जोड़ने वाली सीधी रेखा के साथ निर्देशित होते हैं। जैसे-जैसे दूरी बढ़ती है, यह बल कमजोर होता जाता है। आइजैक न्यूटन द्वारा गुरुत्वाकर्षण के अपने सार्वभौमिक नियम की खोज के एक सदी बाद, फ्रांसीसी वैज्ञानिक सी। कूलम्ब ने प्रायोगिक रूप से आवेशित पिंडों के बीच बातचीत के सिद्धांत की जांच की और साबित किया कि इस तरह के बल की प्रकृति गुरुत्वाकर्षण बलों के समान है। इसके अलावा, जैसा कि यह निकला, विद्युत क्षेत्र में परस्पर क्रिया करने वाले पिंड उसी तरह व्यवहार करते हैं जैसे गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में द्रव्यमान वाले किसी भी पिंड का।

कूलम्ब डिवाइस

जिस उपकरण से चार्ल्स कूलम्ब ने अपना मापन किया, उसकी योजना चित्र में दिखाई गई है:

जैसा कि आप देख सकते हैं, संक्षेप में यह डिज़ाइन उस उपकरण से भिन्न नहीं है जिसे कैवेंडिश ने एक बार गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक के मान को मापने के लिए उपयोग किया था। एक पतले धागे पर लटकाई गई एक इन्सुलेटिंग रॉड एक धातु की गेंद के साथ समाप्त होती है, जिसे एक निश्चित विद्युत आवेश दिया जाता है। एक और धातु की गेंद को गेंद के पास पहुँचाया जाता है, और फिर, जैसे-जैसे यह पास आती है, अंतःक्रिया बल को धागे के घुमाव की डिग्री से मापा जाता है।

कूलम्ब प्रयोग

कूलम्ब ने सुझाव दिया कि तत्कालीन ज्ञात हुक के नियम को उस बल पर लागू किया जा सकता है जिसके साथ धागे को घुमाया जाता है। वैज्ञानिक ने एक गेंद से दूसरी गेंद की अलग-अलग दूरी पर बल में परिवर्तन की तुलना की और पाया कि परस्पर क्रिया बल अपने मान को गेंदों के बीच की दूरी के वर्ग के साथ व्युत्क्रमानुपाती बदलता है। पेंडेंट आवेशित गेंद के मान को q से q/2, q/4, q/8 आदि में बदलने में कामयाब रहा। प्रत्येक परिवर्तन के प्रभारी के साथ, अंतःक्रियात्मक बल ने आनुपातिक रूप से अपना मूल्य बदल दिया। तो, धीरे-धीरे, एक नियम तैयार किया गया, जिसे बाद में "कूलम्ब का नियम" कहा गया।

परिभाषा

प्रायोगिक तौर पर, फ्रांसीसी वैज्ञानिक ने साबित किया कि जिन बलों के साथ दो आवेशित पिंड परस्पर क्रिया करते हैं, वे उनके आवेशों के गुणनफल के समानुपाती होते हैं और आवेशों के बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होते हैं। यह कथन कूलम्ब का नियम है। गणितीय रूप में, इसे निम्नानुसार व्यक्त किया जा सकता है:

इस अभिव्यक्ति में:

• क्यू शुल्क की राशि है;
• d आवेशित पिंडों के बीच की दूरी है;
• k विद्युत स्थिरांक है।

विद्युत स्थिरांक का मान काफी हद तक माप की इकाई की पसंद पर निर्भर करता है। आधुनिक प्रणाली में, विद्युत आवेश का परिमाण कूलम्ब में मापा जाता है, और विद्युत स्थिरांक, क्रमशः न्यूटन × m 2 / कूलम्ब 2 में मापा जाता है।

हाल के मापों से पता चला है कि इस गुणांक को उस माध्यम के ढांकता हुआ स्थिरांक को ध्यान में रखना चाहिए जिसमें प्रयोग किया जाता है। अब मान को k=k 1 /e के अनुपात के रूप में दिखाया गया है, जहां k 1 पहले से ही परिचित विद्युत स्थिरांक है, और पारगम्यता का संकेतक नहीं है। निर्वात परिस्थितियों में, यह मान एकता के बराबर होता है।

कूलम्ब के नियम से निष्कर्ष

वैज्ञानिक ने विभिन्न आवेशों के साथ निकायों के बीच परस्पर क्रिया का परीक्षण करते हुए विभिन्न आवेशों के साथ प्रयोग किया। बेशक, वह किसी भी इकाई में विद्युत आवेश को नहीं माप सकता था - उसके पास न तो ज्ञान की कमी थी और न ही उपयुक्त उपकरणों का। चार्ल्स कूलम्ब बिना आवेशित आवेशित गेंद को छूकर प्रक्षेप्य को अलग करने में सक्षम था। इसलिए उन्हें प्रारंभिक आवेश का भिन्नात्मक मान प्राप्त हुआ। कई प्रयोगों से पता चला है कि विद्युत आवेश संरक्षित होता है, आवेश की मात्रा में वृद्धि या कमी के बिना विनिमय होता है। इस मौलिक सिद्धांत ने विद्युत आवेश के संरक्षण के नियम का आधार बनाया। वर्तमान में, यह साबित हो गया है कि यह नियम प्राथमिक कणों के सूक्ष्म जगत और तारों और आकाशगंगाओं के स्थूल जगत दोनों में देखा जाता है।

कूलम्ब के नियम की पूर्ति के लिए आवश्यक शर्तें

कानून को अधिक सटीकता के साथ पूरा करने के लिए, निम्नलिखित शर्तों को पूरा करना होगा:

• शुल्क बिंदु होना चाहिए। दूसरे शब्दों में, देखे गए आवेशित पिंडों के बीच की दूरी उनके आकार से बहुत बड़ी होनी चाहिए। यदि आवेशित पिंड गोलाकार हैं, तो हम मान सकते हैं कि सभी आवेश एक ऐसे बिंदु पर हैं जो गोले का केंद्र है।
• मापी जाने वाली वस्तुएँ स्थिर होनी चाहिए। अन्यथा, मूविंग चार्ज कई तृतीय-पक्ष कारकों से प्रभावित होगा, उदाहरण के लिए, लोरेंत्ज़ बल, जो चार्ज किए गए शरीर को अतिरिक्त त्वरण देता है। साथ ही एक गतिमान आवेशित पिंड का चुंबकीय क्षेत्र।
• अवलोकन के परिणामों पर वायु द्रव्यमान प्रवाह के प्रभाव से बचने के लिए देखे गए निकायों को निर्वात में होना चाहिए।

कूलम्ब का नियम और क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स

क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स के दृष्टिकोण से, आवेशित पिंडों की परस्पर क्रिया आभासी फोटॉनों के आदान-प्रदान के माध्यम से होती है। ऐसे अगोचर कणों और शून्य द्रव्यमान का अस्तित्व लेकिन शून्य आवेश नहीं अप्रत्यक्ष रूप से अनिश्चितता सिद्धांत द्वारा समर्थित है। इस सिद्धांत के अनुसार, ऐसे कण के उत्सर्जन के क्षणों और उसके अवशोषण के बीच एक आभासी फोटॉन मौजूद हो सकता है। पिंडों के बीच की दूरी जितनी कम होगी, फोटॉन पथ के पारित होने में उतना ही कम समय व्यतीत करेगा, इसलिए उत्सर्जित फोटॉनों की ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी। प्रेक्षित आवेशों के बीच थोड़ी दूरी पर, अनिश्चितता सिद्धांत शॉर्ट-वेव और लॉन्ग-वेव दोनों कणों के आदान-प्रदान की अनुमति देता है, और बड़ी दूरी पर, शॉर्ट-वेव फोटॉन एक्सचेंज में भाग नहीं लेते हैं।

क्या कूलम्ब के नियम के लागू होने की कोई सीमा है?

कूलम्ब का नियम निर्वात में दो बिंदु आवेशों के व्यवहार की पूरी तरह से व्याख्या करता है। लेकिन जब वास्तविक निकायों की बात आती है, तो किसी को आवेशित निकायों के वॉल्यूमेट्रिक आयामों और उस माध्यम की विशेषताओं को ध्यान में रखना चाहिए जिसमें अवलोकन किया जाता है। उदाहरण के लिए, कुछ शोधकर्ताओं ने देखा है कि एक शरीर जो एक छोटे से चार्ज को वहन करता है और जबरन किसी अन्य वस्तु के विद्युत क्षेत्र में एक बड़े चार्ज के साथ लाया जाता है, इस चार्ज से आकर्षित होना शुरू हो जाता है। इस मामले में, यह कथन कि समान रूप से आवेशित पिंड एक-दूसरे को पीछे हटाते हैं, विफल हो जाता है, और प्रेक्षित घटना के लिए एक और स्पष्टीकरण मांगा जाना चाहिए। सबसे अधिक संभावना है, हम कूलम्ब के नियम के उल्लंघन या विद्युत आवेश के संरक्षण के सिद्धांत के बारे में बात नहीं कर रहे हैं - यह संभव है कि हम उन घटनाओं का अवलोकन कर रहे हैं जिनका अंत तक पूरी तरह से अध्ययन नहीं किया गया है, जिसे विज्ञान थोड़ी देर बाद समझा पाएगा .

विद्युत आवेशों की परस्पर क्रिया का मूल नियम चार्ल्स कूलम्ब ने 1785 में प्रयोगात्मक रूप से पाया था। कूलम्ब ने पाया कि दो छोटी आवेशित धातु की गेंदों के बीच परस्पर क्रिया का बल दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है उनके बीच और आरोपों के परिमाण पर निर्भर करता है और :

,

कहाँ पे -आनुपातिकता कारक
.

आरोपों पर कार्य करने वाले बल, हैं केंद्रीय , अर्थात्, वे आरोपों को जोड़ने वाली सीधी रेखा के साथ निर्देशित होते हैं।

कूलम्ब का नियमलिखा जा सकता है वेक्टर रूप में:
,

कहाँ पे -चार्ज साइड ,

चार्ज को जोड़ने वाला त्रिज्या वेक्टर है चार्ज के साथ ;

त्रिज्या वेक्टर का मापांक है।

एक आरोप पर अभिनय करने वाला बल इस ओर से के बराबर है
,
.

इस रूप में कूलम्ब का नियम

गोरा केवल बिंदु विद्युत आवेशों की परस्पर क्रिया के लिए, अर्थात्, ऐसे आवेशित निकाय, जिनके बीच की दूरी की तुलना में रैखिक आयामों की उपेक्षा की जा सकती है।

बातचीत की ताकत को व्यक्त करता हैस्थिर विद्युत आवेशों के बीच, अर्थात यह स्थिरवैद्युत नियम है।

कूलम्ब के नियम का निरूपण:

दो बिंदु विद्युत आवेशों के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन की ताकत आरोपों के परिमाण के उत्पाद के सीधे आनुपातिक होती है और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होती है.

आनुपातिकता कारक कूलम्ब के नियम में निर्भर करता है

पर्यावरण के गुणों से

सूत्र में शामिल मात्राओं के लिए माप की इकाइयों का चयन।

इसलिए संबंध द्वारा दर्शाया जा सकता है
,

कहाँ पे -गुणांक केवल इकाइयों की प्रणाली की पसंद पर निर्भर करता है;

- माध्यम के विद्युत गुणों को दर्शाने वाली आयाम रहित मात्रा कहलाती है माध्यम की सापेक्ष पारगम्यता . यह इकाइयों की प्रणाली की पसंद पर निर्भर नहीं करता है और निर्वात में एक के बराबर है।

तब कूलम्ब का नियम रूप लेता है:
,

निर्वात के लिए
,

तब
-किसी माध्यम की आपेक्षिक पारगम्यता दर्शाती है कि दिए गए माध्यम में दो बिंदु विद्युत आवेशों के बीच परस्पर क्रिया का बल कितनी बार है और , एक दूसरे से कुछ दूरी पर स्थित , निर्वात से कम।

एसआई प्रणाली मेंगुणक
, और

कूलम्ब के नियम का रूप है:
.

ये है कानून के युक्तिसंगत अंकन Kऊलोन

- विद्युत स्थिरांक,
.

जीएसएसई प्रणाली में
,
.

सदिश रूप में, कूलम्ब का नियमरूप लेता है

कहाँ पे -आवेश पर कार्य करने वाले बल का सदिश चार्ज साइड ,

चार्ज को जोड़ने वाला त्रिज्या वेक्टर है चार्ज के साथ

आरत्रिज्या वेक्टर का मापांक है .

किसी भी आवेशित शरीर में कई बिंदु विद्युत आवेश होते हैं, इसलिए इलेक्ट्रोस्टैटिक बल जिसके साथ एक आवेशित वस्तु दूसरे पर कार्य करती है, पहले शरीर के प्रत्येक बिंदु आवेश से दूसरे शरीर के सभी बिंदु आवेशों पर लागू बलों के सदिश योग के बराबर होती है।

1.3 विद्युत क्षेत्र। तनाव।

स्थान,जिसमें एक विद्युत आवेश होता है, निश्चित होता है भौतिक गुण.

सभी के लिएएक और इस अंतरिक्ष में पेश किए गए चार्ज पर इलेक्ट्रोस्टैटिक कूलम्ब बलों द्वारा कार्य किया जाता है।

यदि अंतरिक्ष में प्रत्येक बिंदु पर एक बल कार्य करता है, तो हम कहते हैं कि इस स्थान में एक बल क्षेत्र है।

क्षेत्र, पदार्थ के साथ, पदार्थ का एक रूप है।

यदि क्षेत्र स्थिर है, अर्थात समय में नहीं बदलता है, और स्थिर विद्युत आवेशों द्वारा निर्मित होता है, तो ऐसे क्षेत्र को इलेक्ट्रोस्टैटिक कहा जाता है।

इलेक्ट्रोस्टैटिक्स केवल इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्रों और निश्चित शुल्कों की बातचीत का अध्ययन करता है।

विद्युत क्षेत्र को चिह्नित करने के लिए तीव्रता की अवधारणा पेश की गई है . तनावविद्युत क्षेत्र के प्रत्येक बिंदु पर u को सदिश कहा जाता है , संख्यात्मक रूप से उस बल के अनुपात के बराबर जिसके साथ यह क्षेत्र किसी दिए गए बिंदु पर रखे गए परीक्षण सकारात्मक चार्ज पर कार्य करता है, और इस चार्ज का परिमाण, और बल की दिशा में निर्देशित होता है।

परीक्षण प्रभार, जिसे क्षेत्र में पेश किया जाता है, को एक बिंदु माना जाता है और इसे अक्सर परीक्षण शुल्क कहा जाता है।

- वह क्षेत्र के निर्माण में भाग नहीं लेता है, जिसे इससे मापा जाता है।

माना जा रहा है कि यह चार्ज अध्ययन के तहत क्षेत्र को विकृत नहीं करता है, यानी, यह काफी छोटा है और क्षेत्र बनाने वाले शुल्कों के पुनर्वितरण का कारण नहीं बनता है।

यदि एक परीक्षण बिंदु प्रभार के लिए क्षेत्र एक बल के रूप में कार्य करता है , फिर तनाव
.

तनाव इकाइयां:

एसआई:

एसजीएसई:

एसआई प्रणाली में अभिव्यक्ति के लिए बिंदु प्रभारी क्षेत्र:

.

वेक्टर रूप में:

यहां चार्ज से खींचा गया त्रिज्या वेक्टर है क्यू, जो किसी दिए गए बिंदु पर एक फ़ील्ड बनाता है।

टी
कैसे, एक बिंदु आवेश के विद्युत क्षेत्र शक्ति सदिशक्यू सभी बिंदुओं पर फ़ील्ड को रेडियल रूप से निर्देशित किया जाता है(अंजीर.1.3)

- चार्ज से, यदि यह सकारात्मक है, "स्रोत"

- और चार्ज करने के लिए अगर यह नकारात्मक है"भण्डार"

चित्रमय व्याख्या के लिएविद्युत क्षेत्र इंजेक्ट किया जाता है बल की एक रेखा की अवधारणा orतनाव रेखाएं . ये है

वक्र , प्रत्येक बिंदु पर स्पर्शरेखा जो तीव्रता वेक्टर के साथ मेल खाती है.

तनाव रेखा एक सकारात्मक चार्ज से शुरू होती है और एक नकारात्मक चार्ज पर समाप्त होती है।

तनाव रेखाएं प्रतिच्छेद नहीं करती हैं, क्योंकि क्षेत्र के प्रत्येक बिंदु पर तनाव वेक्टर की केवल एक दिशा होती है।

कानून

कूलम्ब का नियम

निर्वात में दो बिंदु आवेशों के परस्पर क्रिया बल का मॉड्यूल इन आवेशों के मॉड्यूल के उत्पाद के सीधे आनुपातिक होता है और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

अन्यथा: दो बिंदु शुल्क in खालीपनइन आवेशों के मॉड्यूल के गुणनफल के समानुपाती बलों के साथ एक दूसरे पर कार्य करते हैं, उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होते हैं और इन आवेशों को जोड़ने वाली सीधी रेखा के साथ निर्देशित होते हैं। इन बलों को इलेक्ट्रोस्टैटिक (कूलम्ब) कहा जाता है।

उनकी गतिहीनता। अन्यथा, अतिरिक्त प्रभाव प्रभावी होते हैं: एक चुंबकीय क्षेत्रमूविंग चार्ज और संबंधित अतिरिक्त लोरेंत्ज़ बलएक और गतिमान आवेश पर कार्य करना;

में बातचीत खालीपन.

वह बल कहाँ है जिसके साथ आवेश 1 आवेश 2 पर कार्य करता है; - आरोपों का परिमाण; - त्रिज्या वेक्टर (वेक्टर चार्ज 1 से चार्ज 2 तक, और बराबर, मॉड्यूलस में, चार्ज के बीच की दूरी तक -); - आनुपातिकता का गुणांक। इस प्रकार, कानून इंगित करता है कि एक ही नाम के आरोप पीछे हटते हैं (और विपरीत शुल्क आकर्षित करते हैं)।

पर एसजीएसई इकाईचार्ज इस तरह से चुना जाता है कि गुणांक कएक के बराबर है।

पर इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली (एसआई)बुनियादी इकाइयों में से एक इकाई है विद्युत प्रवाह ताकत एम्पेयर, और आवेश की इकाई है लटकनउसका व्युत्पन्न है। एम्पीयर को इस प्रकार परिभाषित किया जाता है कि क= c2 10−7 जीएन/एम = 8.9875517873681764 109 एचएम2/ क्लोरीन 2 (या −1 मीटर)। एसआई गुणांक में कके रूप में लिखा गया है:

जहां 8.854187817 10−12 एफ/एम - विद्युत स्थिरांक.

कूलम्ब का नियम है:

कूलम्ब का नियम शुष्क घर्षण के नियम के लिए अमोन्टन-कूलम्ब का नियम देखेंमैग्नेटोस्टैटिक्स इलेक्ट्रोडायनामिक्स इलेक्ट्रिक सर्किट सहसंयोजक सूत्रीकरण प्रसिद्ध वैज्ञानिक

कूलम्ब का नियमबिंदु विद्युत आवेशों के बीच परस्पर क्रिया की शक्तियों का वर्णन करने वाला एक कानून है।

इसकी खोज चार्ल्स कूलम्ब ने 1785 में की थी। धातु की गेंदों के साथ बड़ी संख्या में प्रयोग करने के बाद, चार्ल्स कूलम्ब ने कानून का निम्नलिखित सूत्रीकरण किया:

निर्वात में दो बिंदु आवेशों के परस्पर क्रिया बल का मॉड्यूल इन आवेशों के मॉड्यूल के उत्पाद के सीधे आनुपातिक होता है और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है

अन्यथा: निर्वात में दो बिंदु आवेश एक दूसरे पर बल के साथ कार्य करते हैं जो इन आवेशों के मॉड्यूल के उत्पाद के समानुपाती होते हैं, उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होते हैं और इन आवेशों को जोड़ने वाली सीधी रेखा के साथ निर्देशित होते हैं। इन बलों को इलेक्ट्रोस्टैटिक (कूलम्ब) कहा जाता है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि कानून के सत्य होने के लिए यह आवश्यक है:

1. बिंदु आवेश - अर्थात, आवेशित पिंडों के बीच की दूरी उनके आकार से बहुत अधिक है - हालाँकि, यह साबित किया जा सकता है कि गोलाकार सममित गैर-प्रतिच्छेदन स्थानिक वितरण के साथ दो वॉल्यूमेट्रिक रूप से वितरित आवेशों की परस्पर क्रिया का बल परस्पर क्रिया के बल के बराबर है गोलाकार सममिति के केंद्रों पर स्थित दो समतुल्य बिंदु आवेश;
2. उनकी गतिहीनता। अन्यथा, अतिरिक्त प्रभाव लागू होते हैं: गतिमान आवेश का चुंबकीय क्षेत्र और अन्य गतिमान आवेश पर कार्य करने वाला संगत अतिरिक्त लोरेंत्ज़ बल;
3. एक निर्वात में बातचीत।

हालांकि, कुछ समायोजनों के साथ, कानून एक माध्यम में आवेशों की परस्पर क्रिया और गतिमान आवेशों के लिए भी मान्य है।

सदिश रूप में, S. कूलम्ब के निरूपण में नियम इस प्रकार लिखा गया है:

वह बल कहाँ है जिसके साथ आवेश 1 आवेश 2 पर कार्य करता है; - आरोपों का परिमाण; - त्रिज्या वेक्टर (वेक्टर चार्ज 1 से चार्ज 2 तक, और बराबर, निरपेक्ष मान में, चार्ज के बीच की दूरी तक -); - आनुपातिकता का गुणांक। इस प्रकार, कानून इंगित करता है कि एक ही नाम के आरोप पीछे हटते हैं (और विपरीत शुल्क आकर्षित करते हैं)।

गुणक क

CGSE में आवेश की इकाई इस प्रकार चुनी जाती है कि गुणांक कएक के बराबर है।

इंटरनेशनल सिस्टम ऑफ यूनिट्स (एसआई) में, बुनियादी इकाइयों में से एक विद्युत प्रवाह की ताकत की इकाई है, एम्पीयर, और चार्ज की इकाई, कूलम्ब, इसका व्युत्पन्न है। एम्पीयर को इस प्रकार परिभाषित किया जाता है कि क= c2 10-7 H/m = 8.9875517873681764 109 N m2/C2 (या F−1 m)। एसआई गुणांक में कके रूप में लिखा गया है:

जहां 8.854187817 10−12 एफ/एम विद्युत स्थिरांक है।

एक सजातीय आइसोट्रोपिक पदार्थ में, माध्यम की सापेक्ष पारगम्यता को सूत्र के हर में जोड़ा जाता है।

क्वांटम यांत्रिकी में कूलम्ब का नियम

क्वांटम यांत्रिकी में, कूलम्ब का नियम बल की अवधारणा की मदद से नहीं, जैसा कि शास्त्रीय यांत्रिकी में होता है, बल्कि कूलम्ब इंटरैक्शन की संभावित ऊर्जा की अवधारणा की मदद से तैयार किया जाता है। उस स्थिति में जब क्वांटम यांत्रिकी में मानी जाने वाली प्रणाली में विद्युत आवेशित कण होते हैं, कूलम्ब इंटरैक्शन की संभावित ऊर्जा को व्यक्त करने वाले शब्दों को सिस्टम के हैमिल्टनियन ऑपरेटर में जोड़ा जाता है, क्योंकि इसकी गणना शास्त्रीय यांत्रिकी में की जाती है।

इस प्रकार, परमाणु आवेश वाले परमाणु का हैमिल्टन संचालिका जेडकी तरह लगता है:

यहां एमइलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान है, इ- इसका आवेश, - त्रिज्या सदिश का निरपेक्ष मान जेवें इलेक्ट्रॉन,। पहला पद इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा को व्यक्त करता है, दूसरा पद - नाभिक के साथ इलेक्ट्रॉनों के कूलम्ब अंतःक्रिया की स्थितिज ऊर्जा और तीसरा पद - इलेक्ट्रॉनों के पारस्परिक प्रतिकर्षण की स्थितिज कूलम्ब ऊर्जा। पहले और दूसरे पदों में योग सभी एन इलेक्ट्रॉनों पर किया जाता है। तीसरे कार्यकाल में, योग इलेक्ट्रॉनों के सभी जोड़े पर जाता है, और प्रत्येक जोड़ी एक बार होती है।

क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स के दृष्टिकोण से कूलम्ब का नियम

क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स के अनुसार, आवेशित कणों की विद्युत चुम्बकीय बातचीत कणों के बीच आभासी फोटॉनों के आदान-प्रदान द्वारा की जाती है। समय और ऊर्जा के लिए अनिश्चितता का सिद्धांत आभासी फोटॉनों को उनके उत्सर्जन और अवशोषण के क्षणों के बीच के समय के लिए अस्तित्व की अनुमति देता है। आवेशित कणों के बीच की दूरी जितनी कम होगी, आभासी फोटॉनों को इस दूरी को पार करने में उतना ही कम समय लगेगा और इसके परिणामस्वरूप, अनिश्चितता सिद्धांत द्वारा आभासी फोटॉनों की ऊर्जा की अनुमति उतनी ही अधिक होगी। आवेशों के बीच छोटी दूरी पर, अनिश्चितता सिद्धांत लंबी-तरंग दैर्ध्य और लघु-तरंग दैर्ध्य फोटॉनों के आदान-प्रदान की अनुमति देता है, और बड़ी दूरी पर, केवल लंबी-तरंग दैर्ध्य फोटॉन ही विनिमय में भाग लेते हैं। इस प्रकार, क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स की मदद से, कोई कूलम्ब के नियम को प्राप्त कर सकता है।

कहानी

प्रायोगिक रूप से जांच करने के लिए पहली बार विद्युत आवेशित निकायों के परस्पर क्रिया के नियम को जी.वी. रिचमैन ने 1752-1753 में प्रस्तावित किया था। उन्होंने इस उद्देश्य के लिए उनके द्वारा डिजाइन किए गए "संकेतक" इलेक्ट्रोमीटर का उपयोग करने का इरादा किया। रिचमैन की दुखद मौत से इस योजना के कार्यान्वयन को रोक दिया गया था।

1759 में सेंट पीटर्सबर्ग एकेडमी ऑफ साइंसेज में भौतिकी के प्रोफेसर एफ. एपिनस, जिन्होंने उनकी मृत्यु के बाद रिचमैन की कुर्सी संभाली, ने पहली बार सुझाव दिया कि शुल्क दूरी के वर्ग के साथ विपरीत रूप से बातचीत करना चाहिए। 1760 में, एक संक्षिप्त रिपोर्ट सामने आई कि बासेल में डी. बर्नौली ने उनके द्वारा डिजाइन किए गए एक इलेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके एक द्विघात कानून स्थापित किया। 1767 में, प्रीस्टले ने अपने बिजली के इतिहास में उल्लेख किया कि एक आवेशित धातु क्षेत्र के अंदर एक विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति का पता लगाने के फ्रैंकलिन के अनुभव का अर्थ यह हो सकता है कि "विद्युत आकर्षण गुरुत्वाकर्षण के समान नियम का पालन करता है, अर्थात दूरी का वर्ग". स्कॉटिश भौतिक विज्ञानी जॉन रॉबिसन ने दावा किया (1822) ने 1769 में खोज की थी कि समान विद्युत आवेश वाली गेंदें उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती बल के साथ पीछे हटती हैं, और इस तरह कूलम्ब के नियम (1785) की खोज का अनुमान लगाया।

कूलम्ब से लगभग 11 साल पहले, 1771 में, जी कैवेंडिश द्वारा प्रायोगिक रूप से आरोपों की बातचीत के कानून की खोज की गई थी, लेकिन परिणाम प्रकाशित नहीं हुआ था और लंबे समय तक (100 वर्षों से अधिक) अज्ञात रहा। कैवेंडिश पांडुलिपियों को केवल 1874 में कैवेंडिश प्रयोगशाला के भव्य उद्घाटन पर कैवेंडिश के वंशजों में से एक द्वारा डीके मैक्सवेल को सौंप दिया गया था और 1879 में प्रकाशित किया गया था।

कूलम्ब स्वयं धागों के मरोड़ के अध्ययन में लगे हुए थे और उन्होंने मरोड़ संतुलन का आविष्कार किया था। उन्होंने आवेशित गेंदों की परस्पर क्रिया की शक्तियों को मापने के लिए उनका उपयोग करते हुए अपने नियम की खोज की।

कूलम्ब का नियम, अध्यारोपण सिद्धांत और मैक्सवेल के समीकरण

कूलम्ब का नियम और विद्युत क्षेत्रों के लिए अध्यारोपण सिद्धांत इलेक्ट्रोस्टैटिक्स के लिए मैक्सवेल के समीकरणों के पूरी तरह से बराबर हैं। यही है, विद्युत क्षेत्रों के लिए कूलम्ब कानून और सुपरपोजिशन सिद्धांत संतुष्ट हैं यदि और केवल तभी इलेक्ट्रोस्टैटिक्स के मैक्सवेल समीकरण संतुष्ट होते हैं और इसके विपरीत, इलेक्ट्रोस्टैटिक्स के मैक्सवेल समीकरण संतुष्ट होते हैं यदि और केवल अगर कूलम्ब कानून और इलेक्ट्रिक के लिए सुपरपोजिशन सिद्धांत क्षेत्र संतुष्ट हैं।

कूलम्ब के नियम की सटीकता की डिग्री

कूलम्ब का नियम एक प्रयोगात्मक रूप से स्थापित तथ्य है। अधिक से अधिक सटीक प्रयोगों द्वारा इसकी वैधता की बार-बार पुष्टि की गई है। ऐसे प्रयोगों की एक दिशा यह जांचना है कि क्या घातांक भिन्न है आर 2 के नियम में। इस अंतर को खोजने के लिए, कोई इस तथ्य का उपयोग करता है कि यदि डिग्री बिल्कुल दो के बराबर है, तो कंडक्टर में गुहा के अंदर कोई क्षेत्र नहीं है, चाहे गुहा या कंडक्टर का आकार कुछ भी हो।

1971 में संयुक्त राज्य अमेरिका में ई. आर. विलियम्स, डी. ई. वोलर और जी. ए. हिल द्वारा किए गए प्रयोगों से पता चला कि कूलम्ब के नियम में प्रतिपादक 2 से भीतर है।

अंतर्परमाण्विक दूरियों पर कूलम्ब के नियम की सटीकता का परीक्षण करने के लिए, 1947 में डब्ल्यू. यू. लैम्ब और आर. रदरफोर्ड ने हाइड्रोजन ऊर्जा स्तरों की सापेक्ष व्यवस्था के मापन का उपयोग किया। यह पाया गया कि परमाणु 10−8 सेमी के क्रम की दूरी पर भी, कूलम्ब कानून में घातांक 2 से 10−9 से अधिक नहीं होता है।

कूलम्ब के नियम में गुणांक 15·10−6 तक स्थिर रहता है।

क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स में कूलम्ब के नियम में सुधार

कम दूरी पर (इलेक्ट्रॉन के कॉम्पटन तरंग दैर्ध्य के क्रम पर, ≈3.86 10−13 मीटर, जहां इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान है, प्लैंक स्थिरांक है, प्रकाश की गति है), क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स के गैर-रेखीय प्रभाव महत्वपूर्ण हो जाते हैं : आभासी फोटॉनों का आदान-प्रदान आभासी इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन (और म्यूऑन-एंटीमुऑन और टॉन-एंटीटोन) जोड़े की पीढ़ी द्वारा आरोपित किया जाता है, और स्क्रीनिंग का प्रभाव भी कम हो जाता है (पुनर्सामान्यीकरण देखें)। दोनों प्रभाव आवेशों की परस्पर क्रिया की संभावित ऊर्जा के लिए अभिव्यक्ति में तेजी से घटते क्रम की शर्तों की उपस्थिति की ओर ले जाते हैं और इसके परिणामस्वरूप, कूलम्ब कानून द्वारा गणना की तुलना में अंतःक्रिया बल में वृद्धि होती है। उदाहरण के लिए, सीजीएस प्रणाली में एक बिंदु आवेश की क्षमता के लिए अभिव्यक्ति, पहले क्रम के विकिरण सुधारों को ध्यान में रखते हुए, रूप लेती है:

इलेक्ट्रॉन की कॉम्पटन तरंगदैर्घ्य कहाँ है, ठीक संरचना स्थिरांक u है। ~ 10−18 मीटर के क्रम की दूरी पर, जहां डब्ल्यू-बोसोन का द्रव्यमान होता है, इलेक्ट्रोवीक प्रभाव चलन में आते हैं।

मजबूत बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों में, जो वैक्यूम ब्रेकडाउन क्षेत्र का एक महत्वपूर्ण अंश बनाते हैं (~ 1018 वी/एम या ~ 109 टी के क्रम पर, ऐसे क्षेत्र देखे जाते हैं, उदाहरण के लिए, कुछ प्रकार के न्यूट्रॉन सितारों के पास, अर्थात् मैग्नेटर्स) , बाहरी क्षेत्र के फोटॉनों पर विनिमय फोटॉनों के डेलब्रुक प्रकीर्णन और अन्य, अधिक जटिल गैर-रेखीय प्रभावों के कारण कूलम्ब कानून का भी उल्लंघन होता है। यह घटना न केवल सूक्ष्म पैमाने पर बल्कि मैक्रोस्केल पर भी कूलम्ब बल को कम करती है; विशेष रूप से, एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में कूलम्ब क्षमता दूरी के विपरीत होने के बजाय तेजी से घट जाती है।

कूलम्ब का नियम और निर्वात ध्रुवीकरण

क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स में वैक्यूम ध्रुवीकरण की घटना आभासी इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े का निर्माण है। इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े का एक बादल एक इलेक्ट्रॉन के विद्युत आवेश को ढाल देता है। स्क्रीनिंग इलेक्ट्रॉन से बढ़ती दूरी के साथ बढ़ती है, परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रॉन का प्रभावी विद्युत आवेश दूरी का घटता हुआ कार्य होता है। एक विद्युत आवेश वाले इलेक्ट्रॉन द्वारा बनाई गई प्रभावी क्षमता को रूप की निर्भरता द्वारा वर्णित किया जा सकता है। प्रभावी चार्ज लॉगरिदमिक कानून के अनुसार दूरी पर निर्भर करता है:

टी. एन. ठीक संरचना स्थिर ≈7.3 10−3;

टी. एन. शास्त्रीय इलेक्ट्रॉन त्रिज्या 2.8 10−13 सेमी..

यूलिंग प्रभाव

कूलम्ब के नियम के मूल्य से निर्वात में बिंदु आवेशों की इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता के विचलन की घटना को यूलिंग प्रभाव के रूप में जाना जाता है, जिसने पहले हाइड्रोजन परमाणु के लिए कूलम्ब के नियम से विचलन की गणना की। लैम्ब शिफ्ट के लिए यूलिंग इफेक्ट 27 मेगाहर्ट्ज से सही करता है।

कूलम्ब का नियम और अतिभारी नाभिक

एक चार्ज के साथ अतिभारी नाभिक के पास एक मजबूत विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में, वैक्यूम खुद को पुनर्व्यवस्थित करता है, जो एक साधारण चरण संक्रमण के समान होता है। इससे कूलम्ब के नियम में संशोधन होता है

विज्ञान के इतिहास में कूलम्ब के नियम का अर्थ

कूलम्ब का नियम विद्युत चुम्बकीय घटना के लिए पहला खुला मात्रात्मक और गणितीय रूप से तैयार कानून है। विद्युत चुंबकत्व का आधुनिक विज्ञान कूलम्ब के नियम की खोज के साथ शुरू हुआ।

यह सभी देखें

• विद्युत क्षेत्र
• लंबी दूरी
• बायोट-सावर्ट-लाप्लास कानून
• आकर्षण का नियम
• लटकन, चार्ल्स ऑगस्टिन डी
• लटकन (इकाई)
• सुपरपोजिशन सिद्धांत
• मैक्सवेल के समीकरण

लिंक

• कूलम्ब का नियम (वीडियो पाठ, 10वीं कक्षा का कार्यक्रम)

टिप्पणियाँ

1. लैंडौ एल.डी., लाइफशिट्स ई.एम. सैद्धांतिक भौतिकी: प्रोक। भत्ता: विश्वविद्यालयों के लिए। 10 खंड में टी. 2 फील्ड थ्योरी। - 8वां संस्करण, स्टीरियो। - एम .: फ़िज़मैटलिट, 2001. - 536 पी। - आईएसबीएन 5-9221-0056-4 (वॉल्यूम 2), अध्याय। 5 लगातार विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र, पी। 38 एक समान रूप से चलने वाले चार्ज का क्षेत्र, पी। 132
2. लैंडौ एल.डी., लाइफशिट्स ई.एम. सैद्धांतिक भौतिकी: प्रोक। भत्ता: विश्वविद्यालयों के लिए। 10 खंडों में। वॉल्यूम। 3. क्वांटम यांत्रिकी (गैर-सापेक्ष सिद्धांत)। - 5 वां संस्करण। स्टीरियो। - एम .: फ़िज़मैटलिट, 2002. - 808 पी। - आईएसबीएन 5-9221-0057-2 (वॉल्यूम 3), अध्याय। 3 श्रोडिंगर समीकरण, पृ. 17 श्रोडिंगर समीकरण, पृ. 74
3. जी. बेथे क्वांटम यांत्रिकी। - प्रति। अंग्रेजी से, एड। वी। एल। बॉनच-ब्रुविच, "मीर", एम।, 1965, भाग 1 परमाणु की संरचना का सिद्धांत, च। 1 श्रोडिंगर समीकरण और इसके समाधान के लिए अनुमानित तरीके, पी। ग्यारह
4. R. E. Peierls प्रकृति के नियम। प्रति. अंग्रेज़ी से। ईडी। प्रो I. M. Khalatnikova, स्टेट पब्लिशिंग हाउस ऑफ़ फिजिकल एंड मैथमैटिकल लिटरेचर, M., 1959, शूटिंग गैलरी। 20,000 प्रतियां, 339 पीपी., चौ. 9 "उच्च गति पर इलेक्ट्रॉन", पी। "उच्च गति पर बल। अन्य कठिनाइयाँ, पी। 263
5. एल.बी. ओकुन ... z प्राथमिक कण भौतिकी का प्राथमिक परिचय, एम., नौका, 1985, क्वांट लाइब्रेरी, वॉल्यूम। 45, पी. "वर्चुअल पार्टिकल्स", पी. 57.
6. नोवी कॉम. एकेड। अनुसूचित जाति। छोटा सा भूत पेट्रोपोलिटाना, वी। चतुर्थ, 1758, पृ. 301.
7. एपिनस एफ.टी.डब्ल्यू.बिजली और चुंबकत्व का सिद्धांत। - एल .: एएन एसएसएसआर, 1951. - 564 पी। - (विज्ञान के क्लासिक्स)। - 3000 प्रतियां।
8. हाबिल सोसिन (1760) एक्टा हेल्वेटिका, वॉल्यूम। 4, पृष्ठ 224-225।
9. जे प्रीस्टली। मूल प्रयोगों के साथ बिजली का इतिहास और वर्तमान स्थिति। लंदन, 1767, पृ. 732.
10. जॉन रॉबिसन, यांत्रिक दर्शन की एक प्रणाली(लंदन, इंग्लैंड: जॉन मरे, 1822), वॉल्यूम। 4. पृष्ठ 68 पर, रॉबिसन बताता है कि 1769 में उन्होंने एक ही आवेश के गोले के बीच अभिनय करने वाले बल के अपने माप को प्रकाशित किया, और इस क्षेत्र में अनुसंधान के इतिहास का भी वर्णन किया, जिसमें एपिनस, कैवेंडिश और कूलम्ब के नाम शामिल थे। पृष्ठ 73 पर, लेखक लिखता है कि बल के रूप में बदल जाता है एक्स−2,06.
11. एस आर फिलोनोविच "कैवेंडिश, कूलम्ब और इलेक्ट्रोस्टैटिक्स", एम।, "नॉलेज", 1988, एलबीसी 22.33 F53, ch। "द फेट ऑफ़ द लॉ", पी. 48
12. आर। फेनमैन, आर। लेटन, एम। सैंड्स, द फेनमैन लेक्चर्स इन फिजिक्स, वॉल्यूम। 5, बिजली और चुंबकत्व, ट्रांस। अंग्रेजी से, एड। हां ए स्मोरोडिंस्की, एड। 3, एम., संपादकीय यूआरएसएस, 2004, आईएसबीएन 5-354-00703-8 (विद्युत और चुंबकत्व), आईएसबीएन 5-354-00698-8 (पूर्ण कार्य), अध्याय। 4 "इलेक्ट्रोस्टैटिक्स", पी। 1 "स्टेटिक्स", पी। 70-71;
13. आर। फेनमैन, आर। लेटन, एम। सैंड्स, द फेनमैन लेक्चर्स इन फिजिक्स, वॉल्यूम। 5, बिजली और चुंबकत्व, ट्रांस। अंग्रेजी से, एड। हां ए स्मोरोडिंस्की, एड। 3, एम., संपादकीय यूआरएसएस, 2004, आईएसबीएन 5-354-00703-8 (विद्युत और चुंबकत्व), आईएसबीएन 5-354-00698-8 (पूर्ण कार्य), अध्याय। 5 "गॉस कानून के अनुप्रयोग", पी। 10 "कंडक्टर की गुहा के अंदर का क्षेत्र", पी। 106-108;
14. E. R. विलियम्स, J. E. Faller, H. A. हिल "कूलम्ब के नियम का नया प्रायोगिक परीक्षण: फोटॉन रेस्ट मास पर एक प्रयोगशाला ऊपरी सीमा", Phys. रेव लेट. 26, 721-724 (1971);
15. डब्ल्यू.ई. लैम्ब, आर.सी. रदरफोर्डमाइक्रोवेव विधि द्वारा हाइड्रोजन परमाणु की बारीक संरचना (अंग्रेज़ी) // शारीरिक समीक्षा. - टी। 72. - नंबर 3. - एस। 241-243।
16. 1 2 आर। फेनमैन, आर। लेटन, एम। सैंड्स, द फेनमैन लेक्चर्स इन फिजिक्स, वॉल्यूम। 5, बिजली और चुंबकत्व, ट्रांस। अंग्रेजी से, एड। हां ए स्मोरोडिंस्की, एड। 3, एम., संपादकीय यूआरएसएस, 2004, आईएसबीएन 5-354-00703-8 (विद्युत और चुंबकत्व), आईएसबीएन 5-354-00698-8 (पूर्ण कार्य), अध्याय। 5 "गॉस के नियम के अनुप्रयोग", पृष्ठ 8 "क्या कूलम्ब का नियम एक्यूरेट है?", पृ. 103;
17. CODATA (विज्ञान और प्रौद्योगिकी के लिए डेटा पर समिति)
18. बेरेसेट्स्की, वी.बी., लाइफशिट्ज़, ई.एम., पिटाएव्स्की, एल.पी.क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स। - तीसरा संस्करण, सही किया गया। - एम .: नौका, 1989. - एस। 565-567। - 720 एस। - ("सैद्धांतिक भौतिकी", खंड IV)। - आईएसबीएन 5-02-014422-3
19. नेदा सदुघीएक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र (अंग्रेजी) में क्यूईडी की संशोधित कूलम्ब क्षमता।
20. ओकुन एल.बी. "प्राथमिक कणों का भौतिकी", एड। तीसरा, एम., "संपादकीय यूआरएसएस", 2005, आईएसबीएन 5-354-01085-3, बीबीसी 22.382 22.315 22.3o, अध्याय। 2 "गुरुत्वाकर्षण। इलेक्ट्रोडायनामिक्स", "वैक्यूम पोलराइजेशन", पी। 26-27;
21. "सूक्ष्म जगत का भौतिकी", ch। ईडी। डी। वी। शिरकोव, एम।, "सोवियत इनसाइक्लोपीडिया", 1980, 528 पी।, बीमार।, 530.1 (03), एफ 50, कला। "प्रभावी प्रभार", एड. कला। डी. वी. शिरकोव, पी. 496;
22. Yavorsky B. M. "इंजीनियरों और विश्वविद्यालय के छात्रों के लिए भौतिकी की हैंडबुक" / B. M. Yavorsky, A. A. Detlaf, A. K. Lebedev, 8th ed।, संशोधित। और सही किया गया, एम।: पब्लिशिंग हाउस ओनिक्स एलएलसी, पब्लिशिंग हाउस मीर एंड एजुकेशन एलएलसी, 2006, 1056 पेज: इलस्ट्रेशन, आईएसबीएन 5-488-00330-4 (ओओओ पब्लिशिंग हाउस ओनिक्स), आईएसबीएन 5-94666 -260-0 (वर्ल्ड) और एजुकेशन पब्लिशिंग हाउस एलएलसी), आईएसबीएन 985-13-5975-0 (हार्वेस्ट एलएलसी), यूडीसी 530 (035) बीबीके 22.3, वाई 22, "परिशिष्ट", "फंडामेंटल फिजिकल कॉन्स्टेंट", पी. . 1008;
23. उहलिंग ईए, भौतिक। रेव. 48, 55 (1935)
24. "मेसन्स एंड फील्ड्स" एस. श्वेबर, जी. बेथे, एफ. हॉफमैन वॉल्यूम 1 फील्ड्स च। 5 डीरेक समीकरण के गुण पी। 2. नकारात्मक ऊर्जा वाले राज्य पी। 56, चौ. 21 पुन: सामान्यीकरण, खंड 5 वैक्यूम ध्रुवीकरण s 336
25. एबी मिगदल "मजबूत क्षेत्रों और पायन संघनन में वैक्यूम ध्रुवीकरण", "उस्पेखी फ़िज़िचेस्किख नौक", वॉल्यूम 123, सी। 3, 1977, नवंबर, पृ. 369-403;
26. स्पिरिडोनोव ओ.पी. "सार्वभौमिक भौतिक स्थिरांक", एम।, "ज्ञानोदय", 1984, पी। 52-53;

साहित्य

1. फिलोनोविच एस। आर। शास्त्रीय कानून का भाग्य। - एम।, नौका, 1990. - 240 पी।, आईएसबीएन 5-02-014087-2 (क्वांटम लाइब्रेरी, अंक 79), सर्किल। 70500 प्रतियां

श्रेणियाँ:

• भौतिक नियम
• इलेक्ट्रोस्टाटिक्स

कूलम्ब का नियम

कूलम्बे के मरोड़ बार

कूलम्ब का नियम- इलेक्ट्रोस्टैटिक्स के मुख्य कानूनों में से एक, जो दो अहिंसक बिंदु आवेशों के बीच सीधे बल के परिमाण को निर्धारित करता है। प्रयोगात्मक रूप से, पर्याप्त सटीकता के साथ, कानून पहली बार 1773 में हेनरी कैवेन्डिश द्वारा स्थापित किया गया था। उन्होंने गोलाकार संधारित्र की विधि को हराया, लेकिन अपने परिणामों को प्रकाशित नहीं किया। 1785 में, चार्ल्स कूलम्ब द्वारा विशेष मरोड़ शर्तों की मदद के लिए कानून पेश किया गया था।

नियुक्ति

निर्वात में दो बिंदु अहिंसक आवेशों q 1 और q 2 के परस्पर क्रिया F 12 का इलेक्ट्रोस्टैटिक बल आवेशों के निरपेक्ष मान के सीधे आनुपातिक होता है और उनके बीच की दूरी r 12 के वर्ग के अनुपात में लिपटा होता है।एफ 12 = के क्यू 1 ⋅ क्यू 2 आर 12 2 (\displaystyle F_(12)=k\cdot (\frac (q_(1)\cdot q_(2))(r_(12)^(2))) ) ,

वेक्टर फॉर्म के लिए:

F 12 = k ⋅ q 1 ⋅ q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F_(12)) =k\cdot (\frac (q_(1)\cdot q_(2))(r_(12) ^(3)))\mathbf (r_(12)) ) ,

पारस्परिक तौर-तरीके का बल एक सीधी रेखा में निर्देशित होता है, जो एक आवेश के बराबर होता है, और समान आवेश मिश्रित होते हैं, लेकिन अलग-अलग आकर्षित होते हैं। कूलम्ब के नियम द्वारा निर्धारित बल योगात्मक होते हैं।

विकोनन्न्या के लिए तैयार कानून आवश्यक है, ताकि वे विकोनुयुत्स्य सो मन:

1. आवेश बिंदु - आवेशित निकायों के बीच अधिक पानी भरा जा सकता है।
2. आरोपों की अविनाशीता। विपरीत दिशा में, चुंबकीय क्षेत्र को उस चार्ज पर बहाल करना आवश्यक है जो ढह रहा है।
3. शून्य में आरोपों के लिए कानून तैयार किया गया है।

इलेक्ट्रोस्टैटिक हो गया है

आनुपातिकता गुणांक कमैं इलेक्ट्रोस्टैटिक स्टील का नाम दे सकता हूं। अकेले पसंद में गिरने के लिए vimіryuvannya। तो, अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली में एक (СІ) है

के = 1 4 π ε 0 ≈ (\displaystyle k=(\frac (1)(4\pi \varepsilon _(0)))\approx ) 8.987742438 109 N m2 C-2,

डे 0 (\displaystyle \varepsilon _(0)) - इलेक्ट्रिक बन गया। कूलम्ब का नियम देखा जा सकता है:

एफ 12 = 1 4 ε 0 क्यू 1 क्यू 2 आर 12 3 आर 12 (\displaystyle \mathbf (एफ) _(12)=(\frac (1)(4\pi \varepsilon _(0)))(\ frac (q_(1)q_(2))(r_(12)^(3)))\mathbf (r) _(12)) ।

अंतिम घंटे को अपडेट करते हुए, अकेले विमिरयुवन्न्या की मुख्य प्रणाली एसजीएस प्रणाली थी। विभिन्न सीजीएस प्रणालियों में से एक के विभिन्न स्रोतों का उपयोग करके बहुत सारे शास्त्रीय भौतिक साहित्य लिखे गए हैं - इकाइयों की गाऊसी प्रणाली। उसका एकल प्रभार इस तरह से हटा लिया गया कि क= 1, और कूलम्ब का नियम इस तरह दिखता है:

एफ 12 = क्यू 1 क्यू 2 आर 12 3 आर 12 (\displaystyle \mathbf (एफ) _(12)=(\frac (q_(1)q_(2))((r)_(12)^(3) ))\mathbf (आर) _(12)) ।

कूलम्ब के नियम का एक समान दृष्टिकोण परमाणु प्रणालियों में अद्वितीय हो सकता है, जो क्वांटम रासायनिक अनुसंधान के लिए परमाणु भौतिकी के लिए विजयी है।

बीच में कूलम्ब का नियम

बीच में, आवेशों के बीच अंतर्संबंध का बल बदल जाता है, जिससे ध्रुवीकरण प्रकट होता है। एक समान आइसोट्रोपिक माध्यम के लिए, इस माध्यम के आनुपातिक मूल्य विशेषता में परिवर्तन को ढांकता हुआ स्टील कहा जाता है, या ढांकता हुआ प्रवेश और ध्वनि का अर्थ है ε (\ डिस्प्लेस्टाइल \ varepsilon)। सिस्टम में कूलम्ब बल दिख सकता है

एफ 12 = 1 4 0 क्यू 1 क्यू 2 आर 12 3 आर 12 (\displaystyle \mathbf (एफ) _(12)=(\frac (1)(4\pi \varepsilon \varepsilon _(0)) )(\frac (q_(1)q_(2))(r_(12)^(3)))\mathbf (r) _(12)) ।

ढांकता हुआ अधिक से अधिक एकता के करीब हो गया, इसलिए भविष्य में पर्याप्त सटीकता के साथ वैक्यूम के लिए सूत्र जीतना संभव है।

इतिहास

उन लोगों के बारे में अनुमान है कि विद्युतीकृत निकायों के बीच परस्पर क्रिया दूरी के वर्ग के समानुपाती के समान कानून के अधीन है, जो कि भारी है, 18 वीं शताब्दी के मध्य में बचे लोगों द्वारा बार-बार चर्चा की गई थी। 1770 के दशक के कोब पर, हेनरी कैवेंडिश ने प्रयोगात्मक रूप से खोज की, लेकिन अपने परिणामों को प्रकाशित नहीं किया, और केवल 19 वीं शताब्दी में उनके बारे में पता चला। घटना और योगो अभिलेखागार के प्रकाशन के बाद। चार्ल्स कूलम्ब ने 1785 के कानून को दो संस्मरणों में प्रकाशित किया, जो फ्रेंच एकेडमी ऑफ साइंसेज को प्रस्तुत किया गया था। 1835 में, कार्ल गॉस ने कूलम्ब के नियम के आधार पर गॉस प्रमेय प्रकाशित किया। गॉस प्रमेय को ध्यान में रखते हुए, कूलम्ब के नियम को इलेक्ट्रोडायनामिक्स की मुख्य समानता से पहले शामिल किया गया है।

कानून की दोबारा जांच

सांसारिक मन में प्रयोगों के दौरान मैक्रोस्कोपिक विचारों के लिए, जो कैवेंडिश पद्धति का उपयोग करके किया गया था, डिग्री का संकेतक आरकूलम्ब के नियम में, 2 बड़े निचले में 6 10−16 से बदलना असंभव है। अल्फा कणों के विस्तार के प्रयोगों से, ऐसा प्रतीत होता है कि कूलम्ब का नियम 10−14 मीटर तक नहीं टूटता है। विशाल पैमाने के इस क्षेत्र में, क्वांटम यांत्रिकी के नियम विकसित होते हैं।

कूलम्ब के नियम को क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स के अंतिम उदाहरणों में से एक माना जा सकता है, जिसके ढांचे में चार्जिंग आवृत्तियों की बातचीत आभासी फोटॉनों के आदान-प्रदान पर आधारित होती है। इसके परिणामस्वरूप, क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स के पुन: सत्यापन पर प्रयोगों को कूलम्ब के नियम के पुन: सत्यापन के प्रमाण के रूप में लिया जा सकता है। तो, इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन के विनाश पर प्रयोगों से पता चलता है कि क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियमों को 10−18 मीटर की दूरी तक संशोधित नहीं किया जा सकता है।

विभाग भी

• गॉस प्रमेय
• लोरेंत्ज़ बल

द्झेरेला

• गोंचारेंको एस यू।भौतिकी: बुनियादी कानून और सूत्र। - के।: लिबिड, 1996. - 47 पी।
• कुचेरुक आई. एम।, गोरबाचुक आई। टी., लुत्सिक पी. पी.बिजली और चुंबकत्व // भौतिकी के ज़गलनी पाठ्यक्रम। - के।: तहनीका, 2006। - टी। 2. - 456 पी।
• फ्रिश एस.ई., तिमोरेवा ए.वी.विद्युत और विद्युत चुम्बकीय घटना // वैश्विक भौतिकी का पाठ्यक्रम। - के।: रेडियांस्का स्कूल, 1953। - टी। 2. - 496 पी।
• भौतिक विश्वकोश / एड। ए एम प्रोखोरोवा। - एम .: सोवियत विश्वकोश, 1990। - टी। 2. - 703 पी।
• सिवुखिन डी.वी.बिजली // भौतिकी का सामान्य पाठ्यक्रम। - एम।: फ़िज़मैटलिट, 2009। - टी। 3. - 656 पी।

टिप्पणियाँ

1. ए बी कूलम्ब के नियम का अनुमान रूहोमी आरोपों के लिए लगाया जा सकता है, क्योंकि उनका हल्कापन प्रकाश के हल्केपन से अधिक समृद्ध होता है
2. ए बी वाई -- कूलम्ब (1785ए) "प्रीमियर मेमोइरे सुर एल'इलेक्ट्रिकिट एट ले मैग्नेटिसमे," , पृष्ठ 569-577 -- एक-शॉट चार्ज की शक्ति का उपयोग करने वाला पेंडेंट:
   

   पेज 574: Il resulte donc de ces trois essais, que l "एक्शन रेपल्सिव क्यू लेस ड्यूक्स बॉल्स इलेक्ट्रिफेस डे ला मेमे नेचर डी" इलेक्ट्रिक एक्सर्सेंट एल "उन सुर एल" ऑट्रे, सूट ला रायसन इनवर्स डु कैर डेस डिस्टेंस।

   अनुवाद: इसके अलावा, इन triokh doslіdіv sluduє से, कि दो विद्युतीकृत कॉइल के बीच vіdshtovhuvannya की शक्ति, एक ही प्रकृति की बिजली से चार्ज, आनुपातिकता के नियम का पालन करती है जो vіdstani के वर्ग में बदल जाती है ..

   वाई -- कूलम्ब (1785बी) "दूसरा संस्मरण सुर एल'इलेक्ट्रिकिट एट ले मैग्नेटिसमे," हिस्टोइरे डे ल'एकेडेमी रोयाल डेस साइंसेज, पृष्ठ 578-611। - पेंडेंट ने दिखाया कि विपरीत आवेशों के पिंड उग्र-आनुपातिक बल के बल से आकर्षित होते हैं।

3. मन का ऐसा सुव्यवस्थित सूत्र चुनें, कि अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली में मूल इकाई विद्युत आवेश न हो, बल्कि विद्युत शक्ति की इकाई एम्प्स हो, लेकिन इलेक्ट्रोडायनामिक्स का मुख्य समीकरण गुणक के बिना लिखा जाता है 4 π ( \ displaystyle 4 \ पीआई)।

कूलम्ब का नियम

इरिना रुडरफेर

कूलम्ब का नियम बिंदु विद्युत आवेशों की परस्पर क्रिया का नियम है।

इसकी खोज 1785 में कूलम्ब ने की थी। धातु की गेंदों के साथ बड़ी संख्या में प्रयोग करने के बाद, चार्ल्स कूलम्ब ने कानून का निम्नलिखित सूत्रीकरण दिया:

निर्वात में दो बिंदु गतिहीन आवेशित पिंडों की परस्पर क्रिया का बल आवेशों को जोड़ने वाली सीधी रेखा के साथ निर्देशित होता है, आवेश मॉड्यूल के उत्पाद के सीधे आनुपातिक होता है और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है।
यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि कानून के सत्य होने के लिए यह आवश्यक है:
1. बिंदु आवेश - अर्थात आवेशित पिंडों के बीच की दूरी उनके आकार से बहुत अधिक होती है।
2. उनकी गतिहीनता। अन्यथा, अतिरिक्त प्रभावों को ध्यान में रखा जाना चाहिए: चलती चार्ज के उभरते चुंबकीय क्षेत्र और संबंधित अतिरिक्त लोरेंत्ज़ बल एक और चलती चार्ज पर अभिनय करते हैं।
3. निर्वात में अंतःक्रिया।
हालांकि, कुछ समायोजनों के साथ, कानून एक माध्यम में आवेशों की परस्पर क्रिया और गतिमान आवेशों के लिए भी मान्य है।

सदिश रूप में, S. कूलम्ब के निरूपण में नियम इस प्रकार लिखा गया है:

जहाँ F1,2 वह बल है जिसके साथ आवेश 1 आवेश 2 पर कार्य करता है; q1,q2 - आवेशों का परिमाण; - त्रिज्या वेक्टर (वेक्टर चार्ज 1 से चार्ज 2 तक, और बराबर, मापांक में, चार्ज के बीच की दूरी तक - r12); के - आनुपातिकता का गुणांक। इस प्रकार, कानून इंगित करता है कि समान आवेश प्रतिकर्षित करते हैं (और विपरीत आवेश आकर्षित करते हैं)।

ऊन के खिलाफ लोहा मत करो!

हजारों वर्षों से बिजली के अस्तित्व के बारे में जानकर मनुष्य ने वैज्ञानिक रूप से इसका अध्ययन 18वीं शताब्दी में ही शुरू किया था। (यह दिलचस्प है कि उस युग के वैज्ञानिकों ने, जिन्होंने इस समस्या को उठाया, बिजली को भौतिकी से अलग विज्ञान के रूप में प्रतिष्ठित किया, और खुद को "इलेक्ट्रीशियन" कहा।) बिजली के अग्रणी अग्रदूतों में से एक चार्ल्स ऑगस्टिन डी कूलम्ब थे। विभिन्न इलेक्ट्रोस्टैटिक चार्ज वाले निकायों के बीच बातचीत की ताकतों का ध्यानपूर्वक अध्ययन करने के बाद, उन्होंने कानून तैयार किया जो अब उनके नाम पर है। मूल रूप से, उन्होंने अपने प्रयोग इस प्रकार किए: विभिन्न इलेक्ट्रोस्टैटिक आवेशों को सबसे पतले धागों पर निलंबित दो छोटी गेंदों में स्थानांतरित किया गया, जिसके बाद गेंदों के साथ निलंबन निकट आया। पर्याप्त दृष्टिकोण के साथ, गेंदें एक-दूसरे को आकर्षित करने लगीं (विद्युत आवेशों की विपरीत ध्रुवता के साथ) या प्रतिकर्षित (एकध्रुवीय आवेशों के मामले में)। नतीजतन, तंतु ऊर्ध्वाधर से एक पर्याप्त बड़े कोण से विचलित हो गए, जिस पर इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण या प्रतिकर्षण की ताकतों को पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण की ताकतों द्वारा संतुलित किया गया था। विक्षेपण कोण को मापने और गेंदों के द्रव्यमान और निलंबन की लंबाई को जानने के बाद, कूलम्ब ने एक दूसरे से गेंदों की अलग-अलग दूरी पर इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन की ताकतों की गणना की और इन आंकड़ों के आधार पर एक अनुभवजन्य सूत्र प्राप्त किया:

जहाँ Q और q स्थिरवैद्युत आवेशों के परिमाण हैं, D उनके बीच की दूरी है, और k प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित कूलम्ब स्थिरांक है।

हम तुरंत कूलम्ब के नियम में दो दिलचस्प बिंदुओं पर ध्यान देते हैं। सबसे पहले, अपने गणितीय रूप में, यह न्यूटन के सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम को दोहराता है, यदि बाद में हम द्रव्यमान को आवेशों से बदल देते हैं, और न्यूटन के स्थिरांक को कूलम्ब के स्थिरांक से बदल देते हैं। और इस समानता के अच्छे कारण हैं। आधुनिक क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के अनुसार, विद्युत और गुरुत्वाकर्षण दोनों क्षेत्र तब उत्पन्न होते हैं जब भौतिक निकाय प्राथमिक कणों-ऊर्जा वाहकों का आदान-प्रदान करते हैं, जो क्रमशः शेष द्रव्यमान - फोटॉन या गुरुत्वाकर्षण से रहित होते हैं। इस प्रकार, गुरुत्वाकर्षण और बिजली की प्रकृति में स्पष्ट अंतर के बावजूद, इन दोनों बलों में बहुत कुछ समान है।

दूसरी महत्वपूर्ण टिप्पणी कूलम्ब स्थिरांक से संबंधित है। जब स्कॉटिश सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी जेम्स क्लार्क मैक्सवेल ने विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के सामान्य विवरण के लिए मैक्सवेल के समीकरणों की प्रणाली विकसित की, तो यह पता चला कि कूलम्ब स्थिरांक सीधे प्रकाश की गति से संबंधित है। अंत में, अल्बर्ट आइंस्टीन ने दिखाया कि c सापेक्षता के सिद्धांत के ढांचे में एक मौलिक विश्व स्थिरांक की भूमिका निभाता है। इस तरह, कोई यह पता लगा सकता है कि आधुनिक विज्ञान के सबसे अमूर्त और सार्वभौमिक सिद्धांत कैसे धीरे-धीरे विकसित हुए हैं, जो पहले प्राप्त परिणामों को अवशोषित करते हैं, डेस्कटॉप भौतिक प्रयोगों के आधार पर किए गए सरल निष्कर्षों से शुरू होते हैं।
http://elementy.ru/trefil/coulomb_law
http://www.fieldphysics.ru/coulombs_law/
http://www.vnz.ru/spravki/zakon-Kulona.html

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पाठ 213. विद्युत आवेश और उनकी परस्पर क्रिया। कूलम्ब का नियम

8 कोशिकाएं - 106. कूलम्ब का नियम

कूलम्ब का नियम

कूलॉम समस्या समाधान का भौतिकी नियम

पाठ 215

उपशीर्षक

शब्दों

निर्वात में दो बिंदु आवेशों की परस्पर क्रिया का बल इन आवेशों को जोड़ने वाली सीधी रेखा के साथ निर्देशित होता है, उनके परिमाण के समानुपाती होता है और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। यह एक आकर्षक बल है यदि आवेशों के चिन्ह भिन्न हैं, और यदि ये चिन्ह समान हैं तो एक प्रतिकारक बल है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि कानून के सत्य होने के लिए यह आवश्यक है:

1. बिंदु आवेश, अर्थात् आवेशित पिंडों के बीच की दूरी उनके आकार से बहुत बड़ी होनी चाहिए। हालांकि, यह साबित किया जा सकता है कि गोलाकार सममित गैर-प्रतिच्छेदन स्थानिक वितरण के साथ दो वॉल्यूमेट्रिक रूप से वितरित चार्ज की बातचीत का बल गोलाकार समरूपता के केंद्रों पर स्थित दो समकक्ष बिंदु शुल्कों के संपर्क के बल के बराबर है;
2. उनकी गतिहीनता। अन्यथा, अतिरिक्त प्रभाव लागू होते हैं: गतिमान आवेश का चुंबकीय क्षेत्र और संबंधित अतिरिक्त बल-लोरेंत्ज़ एक अन्य गतिमान आवेश पर कार्य करता है;
3. निर्वात में आवेशों की व्यवस्था।

हालांकि, कुछ समायोजनों के साथ, कानून एक माध्यम में आवेशों की परस्पर क्रिया और गतिमान आवेशों के लिए भी मान्य है।

सदिश रूप में, S. कूलम्ब के निरूपण में नियम इस प्रकार लिखा गया है:

F → 12 = k q 1 ⋅ q 2 r 12 2 ⋅ r → 12 r 12 , (\displaystyle (\vec (F))_(12)=k\cdot (\frac (q_(1)\cdot q_) (2))(r_(12)^(2)))\cdot (\frac ((\vec (r))_(12))(r_(12))),)

कहाँ पे F → 12 (\displaystyle (\vec (F))_(12))वह बल है जिसके साथ आवेश 1 आवेश 2 पर कार्य करता है; क्यू 1 , क्यू 2 (\displaystyle q_(1),q_(2))- आरोपों का परिमाण; r → 12 (\displaystyle (\vec (r))_(12))- त्रिज्या वेक्टर (वेक्टर चार्ज 1 से चार्ज 2 तक निर्देशित, और बराबर, पूर्ण मूल्य में, चार्ज के बीच की दूरी तक - r 12 (\displaystyle r_(12))); k (\displaystyle k)- आनुपातिकता का गुणांक।

गुणक क

कश्मीर = 1 . (\displaystyle k=(\frac (1)(\varepsilon )).) के = 1 4 ε 0 । (\displaystyle k=(\frac (1)(4\pi \varepsilon \varepsilon _(0))).)

क्वांटम यांत्रिकी में कूलम्ब का नियम

क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स के दृष्टिकोण से कूलम्ब का नियम

कहानी

प्रयोगात्मक रूप से जांच करने के लिए पहली बार विद्युत आवेशित निकायों के परस्पर क्रिया के नियम को G. V. Richmann द्वारा 1752-1753 में प्रस्तावित किया गया था। उन्होंने इस उद्देश्य के लिए उनके द्वारा डिजाइन किए गए "संकेतक" इलेक्ट्रोमीटर का उपयोग करने का इरादा किया। रिचमैन की दुखद मौत से इस योजना के कार्यान्वयन को रोक दिया गया था।

कूलम्ब से लगभग 11 साल पहले, 1771 में, जी कैवेंडिश द्वारा प्रायोगिक रूप से आरोपों की बातचीत के कानून की खोज की गई थी, लेकिन परिणाम प्रकाशित नहीं हुआ था और लंबे समय तक (100 वर्षों से अधिक) अज्ञात रहा। कैवेंडिश पांडुलिपियों को केवल 1874 में कैवेंडिश प्रयोगशाला के भव्य उद्घाटन पर कैवेंडिश के वंशजों में से एक द्वारा डीसी मैक्सवेल को सौंप दिया गया था और 1879 में प्रकाशित किया गया था।

कूलम्ब स्वयं धागों के मरोड़ के अध्ययन में लगे हुए थे और उन्होंने मरोड़ संतुलन का आविष्कार किया था। उन्होंने आवेशित गेंदों की परस्पर क्रिया की शक्तियों को मापने के लिए उनका उपयोग करते हुए अपने नियम की खोज की।

कूलम्ब का नियम, अध्यारोपण सिद्धांत और मैक्सवेल के समीकरण

कूलम्ब के नियम की सटीकता की डिग्री

कूलम्ब का नियम एक प्रयोगात्मक रूप से स्थापित तथ्य है। अधिक से अधिक सटीक प्रयोगों द्वारा इसकी वैधता की बार-बार पुष्टि की गई है। ऐसे प्रयोगों की एक दिशा यह जांचना है कि क्या घातांक भिन्न है आर 2 के नियम में। इस अंतर को खोजने के लिए, इस तथ्य का उपयोग किया जाता है कि यदि डिग्री बिल्कुल दो के बराबर है, तो कंडक्टर में गुहा के अंदर कोई क्षेत्र नहीं है, चाहे गुहा या कंडक्टर का आकार कुछ भी हो।

इस तरह के प्रयोग पहले कैवेंडिश द्वारा किए गए थे और मैक्सवेल द्वारा एक बेहतर रूप में दोहराए गए थे, जिससे दो मूल्यों की शक्ति में घातांक के अधिकतम अंतर को प्राप्त किया गया था। 1 21600 (\displaystyle (\frac (1)(21600)))

1971 में संयुक्त राज्य अमेरिका में ई. आर. विलियम्स, डी. ई. वोलर और जी. ए. हिल द्वारा किए गए प्रयोगों से पता चला कि कूलम्ब के नियम में प्रतिपादक 2 से भीतर है (3 , 1 ± 2 , 7) × 10 - 16 (\displaystyle (3,1\pm 2,7)\times 10^(-16)) .

अंतर्परमाण्विक दूरियों पर कूलम्ब के नियम की सटीकता का परीक्षण करने के लिए, 1947 में डब्ल्यू. यू. लैम्ब और आर. रदरफोर्ड ने हाइड्रोजन ऊर्जा स्तरों की सापेक्ष व्यवस्था के मापन का उपयोग किया। यह पाया गया कि परमाणु 10 -8 सेमी के क्रम की दूरी पर भी, कूलम्ब कानून में घातांक 2 से 10 -9 से अधिक नहीं भिन्न होता है।

गुणक k (\displaystyle k)कूलम्ब के नियम में 15⋅10 −6 तक स्थिर रहता है।

क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स में कूलम्ब के नियम में सुधार

कम दूरी पर (कॉम्पटन-लंबाई-इलेक्ट्रॉन तरंग के क्रम में, λ ई = ℏ एम ई सी (\displaystyle \lambda _(e)=(\tfrac (\hbar )(m_(e)c)))≈3.86⋅10 −13 मीटर , जहां एम ई (\displaystyle एम_(ई))इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान है, (\displaystyle \hbar )- प्लैंक स्थिरांक, सी (\ डिस्प्लेस्टाइल सी)- प्रकाश की गति) क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स के गैर-रेखीय प्रभाव महत्वपूर्ण हो जाते हैं: आभासी इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन (साथ ही म्यूऑन-एंटीमुऑन और टॉन-एंटीटोन) जोड़े की पीढ़ी आभासी फोटॉनों के आदान-प्रदान पर आरोपित होती है, और स्क्रीनिंग का प्रभाव भी कम हो जाता है। (पुनर्सामान्यीकरण देखें)। दोनों प्रभाव तेजी से घटते क्रम की शर्तों की उपस्थिति की ओर ले जाते हैं e − 2 r / λ e (\displaystyle e^(-2r/\lambda _(e)))आवेशों की परस्पर क्रिया की संभावित ऊर्जा की अभिव्यक्ति में और, परिणामस्वरूप, कूलम्ब कानून द्वारा गणना की तुलना में अंतःक्रियात्मक बल में वृद्धि के लिए।

Φ (r) = Q r ⋅ (1 + α 4 π e − 2 r / λ e (r / λ e) 3/2) , (\displaystyle \Phi (r)=(\frac (Q)(r) )\cdot \left(1+(\frac (\alpha )(4(\sqrt (\pi ))))(\frac (e^(-2r/\lambda _(e)))((r/\ लैम्ब्डा _(ई))^(3/2)))\दाएं),)

कहाँ पे ई (\displaystyle \लैम्ब्डा _(ई))- कॉम्पटन (तरंग दैर्ध्य) इलेक्ट्रॉन, α = e 2 c (\displaystyle \alpha =(\tfrac (e^(2))(\hbar c)))- निरंतर ठीक संरचना और r e (\displaystyle r\gg \lambda _(e)).

आदेश की दूरी पर λ W = ℏ m w c (\displaystyle \lambda _(W)=(\tfrac (\hbar )(m_(w)c)))~ 10 −18 मीटर, जहां एम डब्ल्यू (\displaystyle एम_(डब्ल्यू))डब्ल्यू-बोसोन का द्रव्यमान है, इलेक्ट्रोवीक प्रभाव चलन में आते हैं।

मजबूत बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों में, जो ब्रेकडाउन क्षेत्र (वैक्यूम के क्रम में) का एक महत्वपूर्ण अंश बनाते हैं एम ई सी 2 ई λ ई (\displaystyle (\tfrac (m_(e)c^(2))(e\lambda _(e))))~10 18 वी/एम या m e c e e (\displaystyle (\tfrac (m_(e)c)(e\lambda _(e))))~ 10 9 टी, ऐसे क्षेत्र देखे जाते हैं, उदाहरण के लिए, कुछ प्रकार के न्यूट्रॉन सितारों के पास, अर्थात् मैग्नेटर्स), बाहरी क्षेत्र के फोटॉनों पर एक्सचेंज फोटॉनों के डेलब्रुक बिखरने और अन्य, अधिक जटिल नॉनलाइनियर के कारण कूलम्ब कानून का भी उल्लंघन होता है। प्रभाव। यह घटना न केवल सूक्ष्म में बल्कि मैक्रो स्केल में भी कूलम्ब बल को कम करती है, विशेष रूप से, एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में, कूलम्ब क्षमता दूरी के विपरीत आनुपातिक नहीं गिरती है, लेकिन घातीय रूप से।

कूलम्ब का नियम और ध्रुवीकरण (वैक्यूम)

कूलम्ब का नियम और अतिभारी नाभिक

विज्ञान के इतिहास में कूलम्ब के नियम का अर्थ

कूलम्ब का नियम विद्युत चुम्बकीय घटना के लिए पहला खुला मात्रात्मक और गणितीय रूप से तैयार मौलिक कानून है। कूलम्ब के नियम की खोज के साथ, विद्युत चुंबकत्व का आधुनिक विज्ञान शुरू हुआ।

यह सभी देखें

लिंक

• कूलम्ब का नियम (वीडियो पाठ, 10वीं कक्षा का कार्यक्रम)

टिप्पणियाँ

1. सिवुखिन, डी., वी।भौतिकी का सामान्य पाठ्यक्रम। - एम .: फ़िज़मैटलिट; MIPT पब्लिशिंग हाउस, 2004. - खंड III। बिजली। - एस। 17. - 656 पी। - आईएसबीएन 5-9221-0227-3।
2. लैंडौ एलडी, लाइफशिट्ज़ ईएम सैद्धांतिक भौतिकी: पाठ्यपुस्तक। भत्ता:  विश्वविद्यालयों के लिए। वी 10 t। टी। 2 फील्ड थ्योरी। - 8वां संस्करण, स्टीरियो। - एम .: फ़िज़मैटलिट, 2001. - 536 पी। -