ელექტროენერგიის კონცეფცია. ელექტრიფიკაცია. გამტარები, ნახევარგამტარები და დიელექტრიკები. ელემენტარული მუხტი და მისი თვისებები. კულონის კანონი. ელექტრული ველის სიძლიერე. სუპერპოზიციის პრინციპი. ელექტრული ველი, როგორც ურთიერთქმედების გამოვლინება. ელემენტარული დიპოლის ელექტრული ველი.

ტერმინი ელექტროენერგია მომდინარეობს ბერძნული სიტყვიდან ელექტრონი (ქარვა).

ელექტრიზაცია არის სხეულისთვის ელექტრო ენერგიის გადაცემის პროცესი.

დააკისროს. ეს ტერმინი შემოიღო მე-16 საუკუნეში ინგლისელმა მეცნიერმა და ექიმმა გილბერტმა.

ელექტრო მუხტი არის ფიზიკური სკალარული მნიშვნელობა, რომელიც ახასიათებს სხეულების ან ნაწილაკების თვისებებს შესვლისთვის და ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებებში და განსაზღვრავს მათ ძალასა და ენერგიას.

ელექტრული მუხტების თვისებები:

1. ბუნებაში არსებობს ორი სახის ელექტრული მუხტი. პოზიტიური (ჩნდება კანზე გაწურულ მინაზე) და უარყოფითი (გამოჩნდება ბეწვზე გაწურულ ებონიტზე).

2. ამავე სახელწოდების მუხტები იზიდავს, განსხვავებით მუხტებისგან.

3. ელექტრული მუხტი არ არსებობს მუხტის გადამზიდავი ნაწილაკების (ელექტრონის, პროტონის, პოზიტრონის და ა.შ.) გარეშე, მაგალითად, ელექტრონიდან და სხვა ელემენტარული დამუხტული ნაწილაკებიდან ე/მუხტი შეუძლებელია.

4. ელექტრული მუხტი დისკრეტულია, ე.ი. ნებისმიერი სხეულის მუხტი არის მთელი რიცხვის ჯერადი ელემენტარული ელექტრული მუხტი ე(e = 1.6 10 -19 C). ელექტრონი (ე.ი.= 9,11 10 -31 კგ) და პროტონი (t p = 1,67 10 -27 კგ) შესაბამისად არის ელემენტარული უარყოფითი და დადებითი მუხტების მატარებლები.(ნაწილაკები წილადი ელექტრული მუხტით ცნობილია: – 1/3 ე და 2/3 e - ეს კვარკები და ანტიკვარკები , მაგრამ ისინი თავისუფალ მდგომარეობაში არ აღმოჩნდა).

5. ელექტრული მუხტი – სიდიდე რელატივისტურად ინვარიანტული , იმათ. არ არის დამოკიდებული მითითების ჩარჩოზე და, შესაბამისად, არ არის დამოკიდებული იმაზე, მოძრაობს ეს მუხტი თუ მოსვენებულ მდგომარეობაშია.

6. ექსპერიმენტული მონაცემების განზოგადებადან, ბუნების ფუნდამენტური კანონი - მუხტის შენარჩუნების კანონი: ალგებრული ჯამი

ნებისმიერი დახურული სისტემის ელექტრული მუხტი(სისტემები, რომლებიც არ ცვლიან მუხტს გარე სხეულებთან) უცვლელი რჩება, მიუხედავად იმისა, თუ რა პროცესები მიმდინარეობს ამ სისტემაში.

კანონი 1843 წელს ექსპერიმენტულად დაადასტურა ინგლისელმა ფიზიკოსმა

მ.ფარადეი ( 1791-1867) და სხვები, რომლებიც დადასტურებულია ნაწილაკების და ანტინაწილაკების დაბადებითა და განადგურებით.

ელექტრული მუხტის ერთეული (მიღებული ერთეული, როგორც ეს განისაზღვრება დენის სიძლიერის ერთეულით) - გულსაკიდი (C): 1 C - ელექტრული მუხტი,

გამტარის ჯვარედინი კვეთის გავლით 1 ა დენის სიმძლავრით 1 წამის განმავლობაში.

ბუნებაში ყველა სხეულს შეუძლია ელექტრიფიცირება; შეიძინოს ელექტრული მუხტი. სხეულების ელექტრიფიკაცია შეიძლება განხორციელდეს სხვადასხვა გზით: კონტაქტით (ხახუნი), ელექტროსტატიკური ინდუქციით.

დამუხტვის ნებისმიერი პროცესი მცირდება მუხტების განცალკევებამდე, რომლის დროსაც დადებითი მუხტის ჭარბი ჩნდება ერთ სხეულზე (ან სხეულის ნაწილზე), ხოლო უარყოფითი მუხტის ჭარბი ჩნდება მეორეზე (ან სხვაზე). სხეულის ნაწილი). სხეულებში შემავალი ორივე ნიშნის მუხტების საერთო რაოდენობა არ იცვლება: ეს მუხტები მხოლოდ გადანაწილებულია სხეულებს შორის.

სხეულების ელექტროფიკაცია შესაძლებელია, რადგან სხეულები შედგება დამუხტული ნაწილაკებისგან. სხეულების ელექტრიფიკაციის პროცესში თავისუფალ მდგომარეობაში მყოფ ელექტრონებსა და იონებს შეუძლიათ მოძრაობა. პროტონები რჩება ბირთვებში.

უფასო მუხტების კონცენტრაციიდან გამომდინარე, სხეულები იყოფა გამტარები, დიელექტრიკები და ნახევარგამტარები.

დირიჟორები- სხეულები, რომლებშიც შესაძლებელია ელექტრული მუხტის შერევა მთელი მისი მოცულობით. დირიჟორები იყოფა ორ ჯგუფად:

1) პირველი ტიპის დირიჟორები (ლითონები) - გადაცემა

მუხტებს (თავისუფალ ელექტრონებს) არ ახლავს ქიმიური

გარდაქმნები;

2) მეორე სახის დირიჟორები (მაგალითად, გამდნარი მარილები,

მჟავის დიაპაზონი) - მათში მუხტების გადაცემა (დადებითი და უარყოფითი

იონები) იწვევს ქიმიურ ცვლილებებს.

დიელექტრიკები(მაგალითად, მინა, პლასტმასი) - სხეულები, რომლებშიც პრაქტიკულად არ არის უფასო გადასახადი.

ნახევარგამტარები (მაგ. გერმანიუმი, სილიციუმი) იკავებს

შუალედური პოზიცია გამტარებსა და დიელექტრიკებს შორის. სხეულების ეს დაყოფა ძალზე თვითნებურია, მაგრამ მათში თავისუფალი მუხტების კონცენტრაციის დიდი განსხვავება იწვევს მათ ქცევაში უზარმაზარ თვისობრივ განსხვავებებს და, შესაბამისად, ამართლებს სხეულების დაყოფას გამტარებად, დიელექტრიკებად და ნახევარგამტარებად.

ელექტროსტატიკა- მეცნიერება ფიქსირებული მუხტების შესახებ

კულონის კანონი.

ურთიერთქმედების კანონი ფიქსირებული წერტილი ელექტრული მუხტები

ექსპერიმენტულად დამონტაჟდა 1785 წელს შ.კულომბის მიერ ტორსიული ნაშთების გამოყენებით.

მსგავსია გ. კავენდიშის მიერ გრავიტაციული მუდმივის დასადგენად (ეს კანონი ადრე აღმოაჩინა გ. კავენდიშმა, მაგრამ მისი ნამუშევარი უცნობი რჩებოდა 100 წელზე მეტი ხნის განმავლობაში).

პუნქტიანი გადასახადი,მას უწოდებენ დამუხტულ სხეულს ან ნაწილაკს, რომლის ზომა შეიძლება უგულებელვყოთ მათთან დაშორებასთან შედარებით.

კულონის კანონი: ურთიერთქმედების ძალა ორ ფიქსირებულ წერტილოვან მუხტს შორის ვაკუუმშიგადასახადების პროპორციული q 1და q2,და უკუპროპორციულია მათ შორის r მანძილის კვადრატისა :

კ - პროპორციულობის ფაქტორი დამოკიდებულია სისტემის არჩევანზე

SI-ში

ღირებულება ε 0 დაურეკა ელექტრული მუდმივი; ეს ეხება

ნომერი ფუნდამენტური ფიზიკური მუდმივები და უდრის:

ε 0 = 8,85 ∙10 -12 C 2 / N∙m 2

ვექტორული ფორმით, კულონის კანონს ვაკუუმში აქვს ფორმა:

სად არის რადიუსის ვექტორი, რომელიც აკავშირებს მეორე მუხტს პირველთან, F 12 არის ძალა, რომელიც მოქმედებს მეორე მუხტიდან პირველზე.

კულონის კანონის განხორციელების სიზუსტე დიდ დისტანციებზე, მდე

10 7 მ, დაარსდა თანამგზავრების გამოყენებით მაგნიტური ველის შესწავლისას

დედამიწის მახლობლად სივრცეში. მისი განხორციელების სიზუსტე მცირე დისტანციებზე, მდე 10 -17 მ, დამოწმებულია ელემენტარული ნაწილაკების ურთიერთქმედების ექსპერიმენტებით.

კულონის კანონი გარემოში

ყველა მედიაში, კულონის ურთიერთქმედების ძალა ნაკლებია, ვიდრე ურთიერთქმედების ძალა ვაკუუმში ან ჰაერში. ფიზიკურ რაოდენობას, რომელიც გვიჩვენებს, რამდენჯერ მეტია ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების ძალა ვაკუუმში მოცემულ გარემოში, ეწოდება გარემოს გამტარობა და აღინიშნება ასოებით. ε.

ε = F ვაკუუმში / F საშუალოში

კულონის კანონი ზოგადი ფორმით SI-ში:

კულონის ძალების თვისებები.

1. კულონის ძალები ცენტრალური ტიპის ძალებია, რადგან მიმართულია მუხტების დამაკავშირებელი სწორი ხაზის გასწვრივ

კულონის ძალა არის მიმზიდველი ძალა, თუ მუხტების ნიშნები განსხვავებულია და მომგერიებელი ძალა, თუ მუხტების ნიშნები ერთნაირია.

3. კულონის ძალებისთვის ნიუტონის მე-3 კანონი მოქმედებს

4. კულონური ძალები ემორჩილებიან დამოუკიდებლობის ანუ სუპერპოზიციის პრინციპს, რადგან ორ წერტილოვან მუხტს შორის ურთიერთქმედების ძალა არ შეიცვლება, როდესაც სხვა მუხტები გამოჩნდება ახლოს. მოცემულ მუხტზე მოქმედი ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების შედეგად მიღებული ძალა უდრის მოცემული მუხტის ურთიერთქმედების ძალების ვექტორულ ჯამს სისტემის თითოეულ მუხტთან ცალკე.

F= F 12 + F 13 + F 14 + ∙∙∙ + F 1 N

მუხტებს შორის ურთიერთქმედება ხორციელდება ელექტრული ველის საშუალებით. ელექტრული ველი არის მატერიის არსებობის განსაკუთრებული ფორმა, რომლის მეშვეობითაც ხორციელდება ელექტრული მუხტების ურთიერთქმედება. ელექტრული ველი გამოიხატება იმით, რომ ის ძალით მოქმედებს ამ ველში შეყვანილ ნებისმიერ სხვა მუხტზე. ელექტროსტატიკური ველი იქმნება სტაციონარული ელექტრული მუხტებით და ვრცელდება სივრცეში სასრული სიჩქარით c.

ელექტრული ველის დამახასიათებელ ძალას სიძლიერე ეწოდება.

დაძაბულობაელექტრული რაღაც მომენტში ეწოდება ფიზიკურ სიდიდეს, რომელიც ტოლია იმ ძალის თანაფარდობას, რომლითაც ველი მოქმედებს მოცემულ წერტილში მოთავსებულ დადებით საცდელ მუხტზე ამ მუხტის მოდულთან.

წერტილის მუხტის ველის სიძლიერე q:

სუპერპოზიციის პრინციპი:სივრცის მოცემულ წერტილში მუხტების სისტემის მიერ შექმნილი ელექტრული ველის სიძლიერე უდრის თითოეული მუხტის მიერ ამ დროს შექმნილი ელექტრული ველების სიძლიერეების ვექტორულ ჯამს (სხვა მუხტების არარსებობის შემთხვევაში).

ამ გაკვეთილზე, რომლის თემაა „კულონის კანონი“, ვისაუბრებთ თავად კულონის კანონზე, იმაზე, თუ რა არის წერტილის მუხტები და მასალის განსამტკიცებლად გადავჭრით რამდენიმე პრობლემას ამ თემაზე.

გაკვეთილის თემა: „კულონის კანონი“. კულონის კანონი რაოდენობრივად აღწერს წერტილოვანი უმოძრაო მუხტების ურთიერთქმედებას – ანუ მუხტებს, რომლებიც ერთმანეთთან შედარებით სტატიკურ მდგომარეობაში არიან. ამ ურთიერთქმედებას ელექტროსტატიკური ან ელექტრული ეწოდება და არის ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ნაწილი.

ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება

რა თქმა უნდა, თუ მუხტები მოძრაობაშია, ისინი ასევე ურთიერთქმედებენ. ამ ურთიერთქმედებას მაგნიტური ეწოდება და აღწერილია ფიზიკის განყოფილებაში, სახელწოდებით "მაგნეტიზმი".

უნდა გვესმოდეს, რომ "ელექტროსტატიკა" და "მაგნეტიზმი" ფიზიკური მოდელებია და ერთად აღწერენ როგორც მოძრავი, ისე სტაციონარული მუხტების ურთიერთქმედებას ერთმანეთთან შედარებით. და ყველა ერთად ამას ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება ეწოდება.

ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება არის ბუნებაში არსებული ოთხი ფუნდამენტური ურთიერთქმედებიდან ერთ-ერთი.

Ელექტრული მუხტი

რა არის ელექტრული მუხტი? სახელმძღვანელოებში და ინტერნეტში არსებული განმარტებები გვეუბნება, რომ მუხტი არის სკალარული სიდიდე, რომელიც ახასიათებს სხეულების ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ინტენსივობას. ანუ ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება არის მუხტების ურთიერთქმედება, ხოლო მუხტი არის სიდიდე, რომელიც ახასიათებს ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებას. დამაბნეველად ჟღერს - ორი ცნება ერთმანეთის მეშვეობით არის განსაზღვრული. მოდით გავარკვიოთ!

ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების არსებობა ბუნებრივი ფაქტია, რაღაც აქსიომას ჰგავს მათემატიკაში. ხალხმა შეამჩნია და ისწავლა მისი აღწერა. ამისათვის მათ შემოიღეს მოსახერხებელი სიდიდეები, რომლებიც ახასიათებს ამ მოვლენას (ელექტრული მუხტის ჩათვლით) და ააგეს მათემატიკური მოდელები (ფორმულები, კანონები და ა.შ.), რომლებიც აღწერენ ამ ურთიერთქმედებას.

კულონის კანონი

კულონის კანონი ასე გამოიყურება:

ვაკუუმში ორი ფიქსირებული წერტილის ელექტრული მუხტის ურთიერთქმედების ძალა პირდაპირპროპორციულია მათი მოდულების ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა. ის მიმართულია მუხტების დამაკავშირებელი სწორი ხაზის გასწვრივ და არის მიმზიდავი ძალა, თუ მუხტები საპირისპიროა, და მომგერიებელი ძალა, თუ მუხტები ერთი და იგივე სახელია.

კოეფიციენტი კკულონის კანონში რიცხობრივად უდრის:

ანალოგია გრავიტაციული ურთიერთქმედებით

უნივერსალური მიზიდულობის კანონი ამბობს: მასის მქონე ყველა სხეული იზიდავს ერთმანეთს. ამ ურთიერთქმედებას გრავიტაციული ეწოდება. მაგალითად, მიზიდულობის ძალა, რომლითაც ჩვენ ვიზიდავთ დედამიწას, არის ზუსტად გრავიტაციული ურთიერთქმედების განსაკუთრებული შემთხვევა. ბოლოს და ბოლოს, ჩვენც და დედამიწასაც გვაქვს მასა. გრავიტაციული ურთიერთქმედების ძალა პირდაპირპროპორციულია ურთიერთმოქმედი სხეულების მასების ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა.

კოეფიციენტს γ ეწოდება გრავიტაციული მუდმივი.

რიცხობრივად ის უდრის: .

როგორც ხედავთ, გამონათქვამების ფორმა, რომელიც რაოდენობრივად აღწერს გრავიტაციულ და ელექტროსტატიკურ ურთიერთქმედებებს, ძალიან ჰგავს.

ორივე გამონათქვამის მრიცხველებში - ამ ტიპის ურთიერთქმედების დამახასიათებელი ერთეულების ნამრავლი. გრავიტაციისთვის - ეს არის მასები, ელექტრომაგნიტურისთვის - მუხტები. ორივე გამონათქვამის მნიშვნელებში - ურთიერთქმედების ობიექტებს შორის მანძილის კვადრატი.

საპირისპირო კავშირი მანძილის კვადრატთან ხშირად გვხვდება ბევრ ფიზიკურ კანონში. ეს საშუალებას გვაძლევს ვისაუბროთ ზოგად შაბლონზე, რომელიც აკავშირებს ეფექტის სიდიდეს ურთიერთქმედების ობიექტებს შორის მანძილის კვადრატს.

ეს პროპორციულობა მოქმედებს გრავიტაციული, ელექტრული, მაგნიტური ურთიერთქმედების, ხმის, სინათლის, რადიაციის და ა.შ.

ეს აიხსნება იმით, რომ ეფექტის გავრცელების სფეროს ზედაპირის ფართობი იზრდება რადიუსის კვადრატის პროპორციულად (იხ. ნახ. 1).

ბრინჯი. 1. სფეროების ზედაპირის ფართობის გაზრდა

ბუნებრივად გამოიყურება, თუ გახსოვთ, რომ სფეროს ფართობი რადიუსის კვადრატის პროპორციულია:

ფიზიკურად ეს ნიშნავს, რომ 1 C ტემპერატურაზე ორი ფიქსირებული წერტილის მუხტის ურთიერთქმედების ძალა, რომლებიც მდებარეობს ვაკუუმში ერთმანეთისგან 1 მ მანძილზე, ტოლი იქნება 9·10 9 N-ის (იხ. ნახ. 2).

ბრინჯი. 2. ორი წერტილის მუხტის ურთიერთქმედების ძალა 1 C-ში

როგორც ჩანს, ეს ძალა უზარმაზარია. მაგრამ უნდა გვესმოდეს, რომ მისი შეკვეთა დაკავშირებულია სხვა მახასიათებლთან - დატენვის ღირებულებასთან 1 C. პრაქტიკაში, დამუხტულ სხეულებს, რომლებთანაც ჩვენ ყოველდღიურ ცხოვრებაში ვურთიერთობთ, აქვთ მუხტი მიკრო ან თუნდაც ნანოკულომების რიგის მიხედვით.

კოეფიციენტიდა ელექტრო მუდმივი

ზოგჯერ, კოეფიციენტის ნაცვლად, გამოიყენება სხვა მუდმივი, რომელიც ახასიათებს ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედებას, რომელსაც ეწოდება "ელექტრული მუდმივა". იგი დანიშნულია. იგი დაკავშირებულია კოეფიციენტთან შემდეგნაირად:

მარტივი მათემატიკური გარდაქმნების შესრულებით, შეგიძლიათ გამოხატოთ და გამოთვალოთ იგი:

ორივე მუდმივი, რა თქმა უნდა, წარმოდგენილია პრობლემური წიგნების ცხრილებში. შემდეგ კულონის კანონი იღებს შემდეგ ფორმას:

მოდით ყურადღება მიაქციოთ რამდენიმე დახვეწილ პუნქტს.

მნიშვნელოვანია გვესმოდეს, რომ ჩვენ ვსაუბრობთ ურთიერთქმედების შესახებ. ანუ თუ ავიღებთ ორ მუხტს, მაშინ თითოეული მათგანი მოდულში ტოლი ძალით იმოქმედებს მეორეზე. ეს ძალები მიმართული იქნება საპირისპირო მიმართულებით წერტილოვანი მუხტების დამაკავშირებელი სწორი ხაზის გასწვრივ.

მუხტები მოგერიდებათ, თუ მათ აქვთ ერთი და იგივე ნიშანი (ორივე დადებითი ან ორივე უარყოფითი (იხ. სურ. 3)) და მიიზიდავს, თუ მათ აქვთ განსხვავებული ნიშნები (ერთი უარყოფითი, მეორე დადებითი (იხ. სურ. 4)).

ბრინჯი. 3. მსგავსი მუხტების ურთიერთქმედება

ბრინჯი. 4. განსხვავებული მუხტების ურთიერთქმედება

წერტილის დატენვა

ტერმინი „წერტილი მუხტი“ გვხვდება კულონის კანონის ფორმულირებაში. Რას ნიშნავს ეს? განვიხილოთ მექანიკა. გამოვიკვლიეთ, მაგალითად, ქალაქებს შორის მატარებლის მოძრაობა, ჩვენ უგულებელვყავით მისი ზომები. მატარებლის ზომა ხომ ასეულობით ან ათასობით ჯერ უფრო მცირეა ვიდრე ქალაქებს შორის მანძილი (იხ. სურ. 5). ასეთ პრობლემაში განვიხილეთ მატარებელი „მატერიალური წერტილი“ – სხეული, რომლის ზომები, გარკვეული პრობლემის გადაჭრის ფარგლებში, შეგვიძლია უგულებელვყოთ.

ბრინჯი. 5. ამ შემთხვევაში უგულებელყოფთ მატარებლის ზომებს

ასე რომ, აქ არის პუნქტური მუხტები არის მატერიალური წერტილები, რომლებსაც აქვთ მუხტი.პრაქტიკაში, კულონის კანონის გამოყენებით, ჩვენ უგულებელყოფთ დამუხტული სხეულების ზომას მათ შორის მანძილებთან შედარებით. თუ დამუხტული სხეულების ზომები შედარებულია მათ შორის მანძილთან, მაშინ სხეულების შიგნით მუხტის გადანაწილების გამო, ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედება უფრო რთული იქნება.

გვერდითი რეგულარული ექვსკუთხედის წვეროებზე, მუხტები მოთავსებულია ერთმანეთის მიყოლებით. იპოვეთ ექვსკუთხედის ცენტრში მდებარე მუხტზე მოქმედი ძალა (იხ. სურ. 6).

ბრინჯი. 6. ნახატი ამოცანის 1 პირობისთვის

მოდით ვიმსჯელოთ: ექვსკუთხედის ცენტრში მდებარე მუხტი ურთიერთქმედებს თითოეულ მუხტთან, რომელიც მდებარეობს ექვსკუთხედის წვეროებზე. ნიშნებიდან გამომდინარე, ეს იქნება მიზიდულობის ან მოგერიების ძალა. როდესაც მუხტები 1, 2 და 3 დადებითია, ცენტრში მუხტი განიცდის ელექტროსტატიკურ მოგერიებას (იხ. სურათი 7).

ბრინჯი. 7. ელექტროსტატიკური მოგერიება

ხოლო მუხტებით 4, 5 და 6 (უარყოფითი), მუხტს ცენტრში ექნება ელექტროსტატიკური მიზიდულობა (იხ. სურ. 8).

ბრინჯი. 8. ელექტროსტატიკური მიზიდულობა

ექვსკუთხედის ცენტრში მდებარე მუხტზე მოქმედი ჯამური ძალა იქნება ,,,, და ძალების შედეგი, რომელთაგან თითოეულის მოდული შეიძლება მოიძებნოს კულონის კანონის გამოყენებით. დავიწყოთ პრობლემის მოგვარება.

გადაწყვეტილება

მუხტის ურთიერთქმედების ძალა, რომელიც მდებარეობს ცენტრში, თითოეულ მუხტთან წვეროებზე, დამოკიდებულია თავად მუხტების მოდულებზე და მათ შორის მანძილს. მანძილი წვეროებიდან რეგულარული ექვსკუთხედის ცენტრამდე იგივეა, ჩვენს შემთხვევაში ურთიერთმოქმედი მუხტების მოდულებიც თანაბარია (იხ. სურ. 9).

ბრინჯი. 9. მანძილი წვეროებიდან ცენტრამდე რეგულარულ ექვსკუთხედში ტოლია

ეს ნიშნავს, რომ ექვსკუთხედის ცენტრში მუხტის ყველა ურთიერთქმედების ძალა წვეროებზე არსებულ მუხტებთან ტოლი იქნება აბსოლუტური მნიშვნელობით. კულონის კანონის გამოყენებით, ჩვენ შეგვიძლია ვიპოვოთ ეს მოდული:

მანძილი ცენტრიდან წვერომდე რეგულარულ ექვსკუთხედში უდრის რეგულარული ექვსკუთხედის გვერდის სიგრძეს, რომელიც ჩვენ ვიცით მდგომარეობიდან, შესაბამისად:

ახლა ჩვენ უნდა ვიპოვოთ ვექტორული ჯამი - ამისათვის ვირჩევთ კოორდინატთა სისტემას: ღერძი არის ძალის გასწვრივ, ხოლო ღერძი პერპენდიკულარული (იხ. სურ. 10).

ბრინჯი. 10. ცულების შერჩევა

მოდი ვიპოვოთ მთლიანი პროგნოზები ღერძებზე - ჩვენ უბრალოდ აღვნიშნავთ თითოეული მათგანის მოდულს.

ვინაიდან ძალები და ღერძთან ერთად არიან მიმართული, მაგრამ ღერძის მიმართ არიან კუთხით (იხ. სურ. 11).

იგივე გავაკეთოთ ღერძისთვის:

ნიშანი "-" - რადგან ძალები და მიმართულია ღერძის საპირისპირო მიმართულებით. ანუ ჯამური ძალის პროექცია ღერძზე, რომელიც ჩვენ ავირჩიეთ, იქნება 0-ის ტოლი. გამოდის, რომ ჯამური ძალა იმოქმედებს მხოლოდ ღერძის გასწვრივ, აქ რჩება მხოლოდ გამონათქვამების ჩანაცვლება მოდულისთვის. ურთიერთქმედების ძალები და და მიიღეთ პასუხი. ჯამური ძალა ტოლი იქნება:

პრობლემა მოგვარებულია.

კიდევ ერთი დახვეწილი წერტილი არის ეს: კულონის კანონი ამბობს, რომ მუხტები ვაკუუმშია (იხ. სურ. 12).

ბრინჯი. 12. მუხტების ურთიერთქმედება ვაკუუმში

ეს მართლაც მნიშვნელოვანი შენიშვნაა. რადგან ვაკუუმის გარდა სხვა გარემოში, ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების სიძლიერე შესუსტდება (იხ. სურ. 13).

ბრინჯი. 13. მუხტების ურთიერთქმედება ვაკუუმის გარდა სხვა გარემოში

ამ ფაქტორის გასათვალისწინებლად, ელექტროსტატიკის მოდელში დაინერგა სპეციალური მნიშვნელობა, რომელიც საშუალებას იძლევა შეასრულოს "შესწორება საშუალოსთვის". მას ეწოდება საშუალო დიელექტრიკული მუდმივი. იგი, როგორც ელექტრული მუდმივი, აღინიშნება ბერძნული ასო "epsilon"-ით, მაგრამ ინდექსის გარეშე.

ამ რაოდენობის ფიზიკური მნიშვნელობა შემდეგია.

ვაკუუმის გარდა სხვა გარემოში ორი ფიქსირებული წერტილის მუხტის ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების ძალა ε-ჯერ ნაკლები იქნება იმავე მუხტების ურთიერთქმედების ძალაზე იმავე მანძილზე ვაკუუმში.

ამრიგად, ვაკუუმის გარდა სხვა გარემოში, ორი წერტილის სტაციონარული მუხტის ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების ძალა ტოლი იქნება:

სხვადასხვა ნივთიერების ნებადართულობის მნიშვნელობები დიდი ხანია ნაპოვნი და შეგროვებულია სპეციალურ ცხრილებში (იხ. სურ. 14).

ბრინჯი. 14. ზოგიერთი ნივთიერების დიელექტრიკული მუდმივი

ჩვენ თავისუფლად შეგვიძლია გამოვიყენოთ იმ ნივთიერებების გამტარიანობის ტაბულური მნიშვნელობები, რომლებიც პრობლემების გადაჭრაში გვჭირდება.

მნიშვნელოვანია გვესმოდეს, რომ პრობლემების გადაჭრისას, ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების ძალა განიხილება და აღწერილია დინამიკის განტოლებებში, როგორც ჩვეულებრივი ძალა. მოვაგვაროთ პრობლემა.

ორი იდენტური დამუხტული ბურთი შეჩერებულია დიელექტრიკული მუდმივის მქონე გარემოში იმავე სიგრძის ძაფებზე, რომლებიც ფიქსირდება ერთ წერტილში. განსაზღვრეთ ბურთულების დამუხტვის მოდული, თუ ძაფები ერთმანეთის მიმართ სწორი კუთხით არიან (იხ. სურ. 15). ბურთების ზომა უმნიშვნელოა მათ შორის მანძილთან შედარებით. ბურთების მასები ტოლია.

ბრინჯი. 15. ნახაზი ამოცანის 2 პირობისთვის

ვიმსჯელოთ: თითოეულ ბურთზე იმოქმედებს სამი ძალა - გრავიტაცია; ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების ძალა და ძაფის დაჭიმვის ძალა (იხ. სურ. 16).

ბრინჯი. 16. ბურთებზე მოქმედი ძალები

პირობით, ბურთები ერთნაირია, ანუ მათი მუხტები ტოლია სიდიდითაც და ნიშნითაც, რაც ნიშნავს, რომ ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების ძალა ამ შემთხვევაში იქნება საგრავი ძალა (ნახ. 16, ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების ძალები მიმართულია. სხვადასხვა მიმართულებით). ვინაიდან სისტემა წონასწორობაშია, ჩვენ გამოვიყენებთ ნიუტონის პირველ კანონს:

ვინაიდან პირობა ამბობს, რომ ბურთები შეჩერებულია დიელექტრიკული მუდმივის მქონე გარემოში და ბურთების ზომა უმნიშვნელოა მათ შორის მანძილთან შედარებით, მაშინ, კულონის კანონის შესაბამისად, ძალა, რომლითაც ბურთები მოიგერიება იქნება. ტოლია:

გადაწყვეტილება

მოდით დავწეროთ ნიუტონის პირველი კანონი კოორდინატთა ღერძებზე პროექციებში. ღერძს ჰორიზონტალურად ვმართავთ, ღერძს კი ვერტიკალურად (იხ. სურ. 17).

ორი წერტილის მუხტი ერთმანეთზე მოქმედებს ძალით, რომელიც უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა და პირდაპირპროპორციულია მათი მუხტების ნამრავლის (მიუხედავად მუხტების ნიშნისა)

სხვადასხვა მედიაში, როგორიცაა ჰაერი და წყალი, ორი წერტილის მუხტი ურთიერთქმედებს სხვადასხვა სიძლიერესთან. ამ განსხვავებას ახასიათებს საშუალო ფარდობითი გამტარიანობა. ეს არის ცნობილი ცხრილის მნიშვნელობა. ჰაერისთვის.

მუდმივი k განისაზღვრება როგორც

კულონის ძალის მიმართულება

ნიუტონის მესამე კანონის თანახმად, ერთი და იგივე ბუნების ძალები წარმოიქმნება წყვილებში, თანაბარი სიდიდით, საპირისპირო მიმართულებით. თუ ორი არათანაბარი მუხტი ურთიერთქმედებს, ძალა, რომლითაც უფრო დიდი მუხტი მოქმედებს პატარაზე (B A-ზე) უდრის იმ ძალას, რომლითაც პატარა მოქმედებს უფრო დიდზე (A B-ზე).

საინტერესოა, რომ ფიზიკის სხვადასხვა კანონებს აქვთ საერთო მახასიათებლები. გავიხსენოთ გრავიტაციის კანონი. მიზიდულობის ძალაც უკუპროპორციულია მანძილის კვადრატთან, მაგრამ უკვე მასებს შორის და უნებურად ჩნდება აზრი, რომ ამ ნიმუშს ღრმა მნიშვნელობა აქვს. აქამდე ვერავინ ვერ წარმოაჩენდა გრავიტაციას და ელექტროენერგიას, როგორც ერთი და იმავე არსის ორ სხვადასხვა გამოვლინებას.

ძალა აქაც საპირისპიროდ იცვლება მანძილის კვადრატის მიხედვით, მაგრამ განსხვავება ელექტრული ძალებისა და გრავიტაციული ძალების სიდიდეში გასაოცარია. გრავიტაციისა და ელექტროენერგიის საერთო ბუნების დადგენისას ჩვენ ვპოულობთ ელექტრული ძალების ისეთ უპირატესობას გრავიტაციულ ძალებზე, რომ ძნელი დასაჯერებელია, რომ ორივეს ერთი წყარო აქვს. როგორ შეიძლება ითქვას, რომ ერთი მეორეზე ძლიერია? ყოველივე ამის შემდეგ, ეს ყველაფერი დამოკიდებულია იმაზე, თუ რა არის მასა და რა არის მუხტი. კამათით იმაზე, თუ რამდენად ძლიერია გრავიტაცია, თქვენ არ გაქვთ უფლება თქვათ: „ავიღოთ ამა თუ იმ ზომის მასა“, რადგან თქვენ თვითონ ირჩევთ მას. მაგრამ თუ მივიღებთ იმას, რასაც თავად ბუნება გვთავაზობს (მისი რიცხვები და ზომები, რომლებსაც საერთო არაფერი აქვთ ჩვენს ინჩებთან, წლებთან, ჩვენს ზომებთან), მაშინ შეგვიძლია შევადაროთ. ჩვენ ავიღებთ ელემენტარულ დამუხტულ ნაწილაკს, როგორიცაა, მაგალითად, ელექტრონი. ორი ელემენტარული ნაწილაკი, ორი ელექტრონი, ელექტრული მუხტის გამო იგერიებენ ერთმანეთს მათ შორის მანძილის კვადრატის უკუპროპორციული ძალით და გრავიტაციის გამო ისინი კვლავ იზიდავს ერთმანეთს კვადრატის უკუპროპორციული ძალით. მანძილი.

კითხვა: როგორია გრავიტაციული ძალის შეფარდება ელექტრულ ძალასთან? გრავიტაცია დაკავშირებულია ელექტრულ მოგერიებასთან, როგორც ერთი 42 ნულის მქონე რიცხვთან. ეს ღრმად საგონებელია. საიდან შეიძლება იყოს ამხელა რიცხვი?

ხალხი ეძებს ამ უზარმაზარ ფაქტორს სხვა ბუნებრივ მოვლენებში. ისინი გადიან ყველანაირ დიდ რიცხვს და თუ დიდი რიცხვი გინდათ, რატომ არ ავიღოთ, ვთქვათ, სამყაროს დიამეტრის შეფარდება პროტონის დიამეტრთან - გასაკვირია, რომ ესეც რიცხვია 42 ნულით. და ამბობენ: იქნებ ეს კოეფიციენტი უდრის პროტონის დიამეტრის შეფარდებას სამყაროს დიამეტრთან? ეს საინტერესო აზრია, მაგრამ სამყარო თანდათან ფართოვდება, გრავიტაციის მუდმივიც უნდა შეიცვალოს. მიუხედავად იმისა, რომ ეს ჰიპოთეზა ჯერ არ არის უარყოფილი, ჩვენ არ გვაქვს რაიმე მტკიცებულება მის სასარგებლოდ. პირიქით, ზოგიერთი მტკიცებულება ვარაუდობს, რომ გრავიტაციის მუდმივი ამ გზით არ იცვლებოდა. ეს უზარმაზარი რიცხვი დღემდე საიდუმლოდ რჩება.

ცნობილია, რომ ყველა დამუხტულ სხეულს აქვს ელექტრული ველი. ასევე შეიძლება იმის მტკიცება, რომ თუ არსებობს ელექტრული ველი, მაშინ არის დამუხტული სხეული, რომელსაც ეს ველი ეკუთვნის. ასე რომ, თუ ახლოს არის ორი დამუხტული სხეული ელექტრული მუხტით, მაშინ შეგვიძლია ვთქვათ, რომ თითოეული მათგანი მეზობელი სხეულის ელექტრულ ველშია. და ამ შემთხვევაში ძალა იმოქმედებს პირველ სხეულზე

F 1 =q 1E 2,

სადაც q 1არის პირველი სხეულის მუხტი; E 2- მეორე სხეულის ველის სიძლიერე. მეორე სხეულზე, შესაბამისად, ძალა იმოქმედებს

F 2 =q2E 1,

სადაც q2არის პირველი სხეულის მუხტი; E 1- მეორე სხეულის ველის სიძლიერე.

ელექტრულად დამუხტული სხეული ურთიერთქმედებს სხვა დამუხტული სხეულის ელექტრულ ველთან.

თუ ეს სხეულები მცირეა (წერტილის მსგავსი), მაშინ

E 1 =კ . q 1 / r 2,

E 2 =კ .q 2 /r2,

ძალები, რომლებიც მოქმედებენ თითოეულ ურთიერთმოქმედ დამუხტულ სხეულზე, შეიძლება გამოითვალოს მხოლოდ მათი მუხტებისა და მათ შორის მანძილის ცოდნით.

შეცვალეთ დაძაბულობის მნიშვნელობები და მიიღეთ

F 1 \u003d k. q 1 q 2 / r 2და F 2 \u003d k. q 2 q 1 / r 2 .

თითოეული ძალის მნიშვნელობა გამოიხატება მხოლოდ თითოეული სხეულის მუხტების მნიშვნელობით და მათ შორის მანძილით. ამრიგად, თითოეულ სხეულზე მოქმედი ძალების დადგენა შესაძლებელია მხოლოდ სხეულების ელექტრული მუხტებისა და მათ შორის მანძილის ცოდნის გამოყენებით. ამის საფუძველზე შეიძლება ჩამოყალიბდეს ელექტროდინამიკის ერთ-ერთი ფუნდამენტური კანონი - კულონის კანონი.

კულონის კანონი . ძალა, რომელიც მოქმედებს ფიქსირებულ წერტილოვან სხეულზე ელექტრული მუხტით, სხვა ფიქსირებული წერტილის სხეულის ველში ელექტრული მუხტით, პროპორციულია მათი მუხტების მნიშვნელობების ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა.

ზოგადად, ფორმულირებაში მითითებული ძალის მნიშვნელობა კულონის კანონი, შეიძლება დაიწეროს ასე:

F=k. q 1 q 2 / r 2,

ურთიერთქმედების ძალის გამოთვლის ფორმულაში იწერება ორივე სხეულის მუხტების მნიშვნელობები. აქედან გამომდინარე, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ ორივე ძალა თანაბარია მოდულში. თუმცა, მიმართულებით ისინი საპირისპიროა. თუ სხეულების მუხტები ერთგვაროვანია, სხეულები იგერიებენ ერთმანეთს (სურ. 4.48). თუ სხეულების მუხტები განსხვავებულია, მაშინ სხეულები იზიდავენ (სურ. 4.49). და ბოლოს, შეგიძლიათ დაწეროთ:

F̅ 1 = -F̅ 2.

ჩაწერილი თანასწორობა ადასტურებს ელექტრული ურთიერთქმედების ნიუტონის III კანონის დინამიკის მართებულობას. ამიტომ, ერთ-ერთ გავრცელებულ ფორმულირებაში კულონის კანონიამბობს რომ

ორ დამუხტულ წერტილოვან სხეულს შორის ურთიერთქმედების ძალა პროპორციულია მათი მუხტების მნიშვნელობების ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა.

თუ დამუხტული სხეულები დიელექტრიკშია, მაშინ ურთიერთქმედების ძალა დამოკიდებული იქნება ამ დიელექტრიკის ნებადართულობაზე.

F=კ .q 1q 2 /ε r2.

კულონის კანონის საფუძველზე გამოთვლების მოხერხებულობისთვის, კოეფიციენტის მნიშვნელობა კსხვანაირად დაწერილი:

k = 1/4πε 0 .

ღირებულება ε 0 დაურეკა ელექტრული მუდმივი. მისი ღირებულება გამოითვლება განმარტების მიხედვით:

ცხრა . 10 9 N.m 2 / C 2 \u003d 1 / 4π ε 0 ,

ε 0 = (1 / 4π) . ცხრა . 10 9 N.m 2 / C 2 \u003d 8.85. 10 -12 C 2 /N.m 2. მასალა საიტიდან

ამრიგად, კულონის კანონიზოგადად, ეს შეიძლება გამოიხატოს ფორმულით

ფ= (1/4π ε 0 ) . q 1 q 2 / ε რ 2 .

კულონის კანონიბუნების ერთ-ერთი ფუნდამენტური კანონია. ყველა ელექტროდინამიკა მასზეა დაფუძნებული და არც ერთი შემთხვევა არ დაფიქსირებულა, როდესაც კულონის კანონი. არსებობს მხოლოდ ერთი შეზღუდვა, რომელიც ეხება მოქმედებას კულონის კანონისხვადასხვა დისტანციებზე. ითვლება, რომ კულონის კანონიმუშაობს 10 -16 მ-ზე მეტ მანძილზე და რამდენიმე კილომეტრზე ნაკლებ მანძილზე.

პრობლემების გადაჭრისას აუცილებელია გავითვალისწინოთ, რომ კულონის კანონი ეხება წერტილოვანი უმოძრაო დამუხტული სხეულების ურთიერთქმედების ძალებს. ეს ამცირებს ყველა პრობლემას უმოძრაო დამუხტული სხეულების ურთიერთქმედების პრობლემებამდე, რომელშიც გამოყენებულია სტატიკის ორი პოზიცია:

1. სხეულზე მოქმედი ყველა ძალის შედეგი არის ნული;
2. ძალების მომენტების ჯამი ნულის ტოლია.

აპლიკაციის ამოცანების აბსოლუტურ უმრავლესობაში კულონის კანონისაკმარისია მხოლოდ პირველი პოზიციის გათვალისწინება.

ამ გვერდზე, მასალა თემებზე:

• ჩამოწერეთ კულონის კანონის ფორმულა

• კულონის კანონის აბსტრაქტი

• მოხსენება ფიზიკაზე თემაზე კულონის კანონი

• მუხტი და ელექტროენერგია არის ტერმინები, რომლებიც სავალდებულოა იმ შემთხვევისთვის, როდესაც შეინიშნება დამუხტული სხეულების ურთიერთქმედება. მოგერიების და მიზიდულობის ძალები, როგორც ჩანს, მომდინარეობს დამუხტული სხეულებიდან და ერთდროულად ვრცელდება ყველა მიმართულებით, თანდათან ქრება მანძილზე. ეს ძალა ერთხელ აღმოაჩინა ცნობილმა ფრანგმა ბუნებისმეტყველმა შარლ კულომმა და წესს, რომელსაც დატვირთული სხეულები ემორჩილებიან, მას შემდეგ კულონის კანონი ეწოდა.

  ჩარლზ გულსაკიდი

  ფრანგი მეცნიერი საფრანგეთში დაიბადა, სადაც შესანიშნავი განათლება მიიღო. მიღებული ცოდნა აქტიურად გამოიყენა საინჟინრო მეცნიერებებში და მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანა მექანიზმების თეორიაში. კულონი ავტორია ნაშრომებისა, რომლებიც სწავლობდნენ ქარის წისქვილების მუშაობას, სხვადასხვა სტრუქტურების სტატისტიკას, ძაფების გრეხილს გარე ძალების გავლენის ქვეშ. ერთ-ერთი ასეთი ნაშრომი დაეხმარა კულომ-ამონტონის კანონის აღმოჩენას, რომელიც ხსნის ხახუნის პროცესებს.

  

  მაგრამ ჩარლზ კულომმა მთავარი წვლილი შეიტანა სტატიკური ელექტროენერგიის შესწავლაში. ექსპერიმენტებმა, რომლებიც ამ ფრანგმა მეცნიერმა ჩაატარა, აიძულა იგი გაეგო ფიზიკის ერთ-ერთი ყველაზე ფუნდამენტური კანონი. სწორედ მას გვმართებს ჩვენი ცოდნა დამუხტული სხეულების ურთიერთქმედების ბუნების შესახებ.

  ფონი

  მიზიდულობისა და მოგერიების ძალები, რომლებითაც ელექტრული მუხტები მოქმედებენ ერთმანეთზე, მიმართულია დამუხტული სხეულების დამაკავშირებელი სწორი ხაზის გასწვრივ. მანძილის მატებასთან ერთად ეს ძალა სუსტდება. ერთი საუკუნის შემდეგ, რაც ისააკ ნიუტონმა აღმოაჩინა მიზიდულობის უნივერსალური კანონი, ფრანგმა მეცნიერმა კ. კულომმა ექსპერიმენტულად გამოიკვლია დამუხტული სხეულების ურთიერთქმედების პრინციპი და დაამტკიცა, რომ ასეთი ძალის ბუნება სიმძიმის ძალების მსგავსია. უფრო მეტიც, როგორც გაირკვა, ელექტრულ ველში ურთიერთმოქმედი სხეულები ისე იქცევიან, როგორც გრავიტაციულ ველში მასის მქონე სხეულები.

  კულონის მოწყობილობა

  მოწყობილობის სქემა, რომლითაც ჩარლზ კულომმა გააკეთა თავისი გაზომვები, ნაჩვენებია სურათზე:

  

  როგორც ხედავთ, არსებითად ეს დიზაინი არ განსხვავდება იმ მოწყობილობისგან, რომელიც ოდესღაც კავენდიშმა გამოიყენა გრავიტაციული მუდმივის მნიშვნელობის გასაზომად. თხელ ძაფზე დაკიდებული საიზოლაციო ღერო მთავრდება ლითონის ბურთულით, რომელსაც ეძლევა გარკვეული ელექტრული მუხტი. კიდევ ერთი ლითონის ბურთი უახლოვდება ბურთს და შემდეგ, როდესაც ის უახლოვდება, ურთიერთქმედების ძალა იზომება ძაფის გადახვევის ხარისხით.

  კულონის ექსპერიმენტი

  კულომმა შესთავაზა, რომ მაშინ ცნობილი ჰუკის კანონი შეიძლება გამოყენებულ იქნას იმ ძალაზე, რომლითაც ძაფი გრეხილია. მეცნიერმა შეადარა ძალის ცვლილება ერთი ბურთის სხვადასხვა მანძილზე მეორისგან და აღმოაჩინა, რომ ურთიერთქმედების ძალა ცვლის თავის მნიშვნელობას ბურთებს შორის მანძილის კვადრატთან. გულსაკიდი მოახერხა დამუხტული ბურთის მნიშვნელობების შეცვლა q-დან q/2, q/4, q/8 და ასე შემდეგ. დამუხტვის ყოველი ცვლილებით, ურთიერთქმედების ძალა პროპორციულად ცვლიდა მის მნიშვნელობას. ასე თანდათან ჩამოყალიბდა წესი, რომელსაც მოგვიანებით „კულონის კანონი“ უწოდეს.

  განმარტება

  ექსპერიმენტულად, ფრანგმა მეცნიერმა დაამტკიცა, რომ ძალები, რომლებთანაც ურთიერთქმედებენ ორი დამუხტული სხეული, პროპორციულია მათი მუხტების ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მუხტებს შორის მანძილის კვადრატისა. ეს განცხადება არის კულონის კანონი. მათემატიკური ფორმით, ეს შეიძლება გამოიხატოს შემდეგნაირად:

  

  ამ გამოთქმაში:

  • q არის გადასახადის ოდენობა;
  • d არის მანძილი დამუხტულ სხეულებს შორის;
  • k არის ელექტრული მუდმივი.

  ელექტრული მუდმივის მნიშვნელობა დიდწილად დამოკიდებულია საზომი ერთეულის არჩევანზე. თანამედროვე სისტემაში, ელექტრული მუხტის სიდიდე იზომება კულონებში, ხოლო ელექტრული მუდმივი, შესაბამისად, ნიუტონში × m 2 / კულონში 2.

  ბოლო გაზომვებმა აჩვენა, რომ ეს კოეფიციენტი უნდა ითვალისწინებდეს იმ გარემოს დიელექტრიკულ მუდმივას, რომელშიც ტარდება ექსპერიმენტი. ახლა მნიშვნელობა ნაჩვენებია, როგორც თანაფარდობა k=k 1 /e, სადაც k 1 არის ჩვენთვის უკვე ნაცნობი ელექტრული მუდმივი და არ არის ნებართვის მაჩვენებელი. ვაკუუმის პირობებში ეს მნიშვნელობა უდრის ერთიანობას.

  დასკვნები კულონის კანონიდან

  მეცნიერმა ექსპერიმენტი ჩაატარა სხვადასხვა მუხტებზე, გამოსცადა სხვადასხვა მუხტის მქონე სხეულებს შორის ურთიერთქმედება. რა თქმა უნდა, ელექტრული მუხტი ვერც ერთ ერთეულში ვერ გაზომა – არც ცოდნა აკლდა და არც შესაბამისი ინსტრუმენტები. ჩარლზ კულომმა შეძლო ჭურვის განცალკევება დამუხტულ ბურთულზე შეხებით. ასე რომ, მან მიიღო საწყისი მუხტის წილადი მნიშვნელობები. არაერთმა ექსპერიმენტმა აჩვენა, რომ ელექტრული მუხტი შენარჩუნებულია, გაცვლა ხდება მუხტის რაოდენობის გაზრდის ან შემცირების გარეშე. ეს ფუნდამენტური პრინციპი საფუძვლად დაედო ელექტრული მუხტის შენარჩუნების კანონს. ამჟამად დადასტურებულია, რომ ეს კანონი შეინიშნება როგორც ელემენტარული ნაწილაკების მიკროსამყაროში, ასევე ვარსკვლავებისა და გალაქტიკების მაკროკოსმოსში.

  კულონის კანონის შესასრულებლად აუცილებელი პირობები

  

  იმისთვის, რომ კანონი უფრო მეტი სიზუსტით შესრულდეს, უნდა აკმაყოფილებდეს შემდეგი პირობები:

  • გადასახადი უნდა იყოს წერტილი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, დაკვირვებულ დამუხტულ სხეულებს შორის მანძილი მათ ზომებზე ბევრად დიდი უნდა იყოს. თუ დამუხტული სხეულები სფერულია, მაშინ შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ მთელი მუხტი იმ წერტილშია, რომელიც სფეროს ცენტრია.
  • გასაზომი სხეულები უნდა იყოს სტაციონარული. წინააღმდეგ შემთხვევაში, მოძრავ მუხტზე გავლენას მოახდენს მესამე მხარის მრავალი ფაქტორი, მაგალითად, ლორენცის ძალა, რომელიც დამუხტულ სხეულს აძლევს დამატებით აჩქარებას. ისევე როგორც მოძრავი დამუხტული სხეულის მაგნიტური ველი.
  • დაკვირვებული სხეულები უნდა იყვნენ ვაკუუმში, რათა თავიდან აიცილონ ჰაერის მასის ნაკადების გავლენა დაკვირვების შედეგებზე.

  კულონის კანონი და კვანტური ელექტროდინამიკა

  კვანტური ელექტროდინამიკის თვალსაზრისით, დამუხტული სხეულების ურთიერთქმედება ხდება ვირტუალური ფოტონების გაცვლის გზით. ასეთი დაუკვირვებადი ნაწილაკების და ნულოვანი მასის, მაგრამ არა ნულოვანი მუხტის არსებობა ირიბად მხარდაჭერილია გაურკვევლობის პრინციპით. ამ პრინციპის მიხედვით, ვირტუალური ფოტონი შეიძლება არსებობდეს ასეთი ნაწილაკების ემისიის მომენტებსა და მის შთანთქმას შორის. რაც უფრო მცირეა სხეულებს შორის მანძილი, მით ნაკლებ დროს ატარებს ფოტონი გზის გავლაზე, შესაბამისად, მით მეტია გამოსხივებული ფოტონების ენერგია. დაკვირვებულ მუხტებს შორის მცირე მანძილზე გაურკვევლობის პრინციპი იძლევა როგორც მოკლეტალღური, ისე გრძელტალღოვანი ნაწილაკების გაცვლას, ხოლო დიდ დისტანციებზე მოკლე ტალღის ფოტონები არ მონაწილეობენ გაცვლაში.

  

  არის თუ არა შეზღუდვები კულონის კანონის გამოყენებასთან დაკავშირებით

  კულონის კანონი სრულად ხსნის ვაკუუმში ორი წერტილის მუხტის ქცევას. მაგრამ როდესაც საქმე ეხება რეალურ სხეულებს, უნდა გავითვალისწინოთ დამუხტული სხეულების მოცულობითი ზომები და გარემოს მახასიათებლები, რომელშიც დაკვირვება ხდება. მაგალითად, ზოგიერთმა მკვლევარმა დააფიქსირა, რომ სხეული, რომელიც ატარებს მცირე მუხტს და იძულებით შეჰყავთ სხვა ობიექტის ელექტრულ ველში დიდი მუხტით, იწყებს ამ მუხტის მიზიდვას. ამ შემთხვევაში, განცხადება, რომ ანალოგიურად დამუხტული სხეულები ერთმანეთს მოგერიებენ, ვერ ხერხდება და დაკვირვებული ფენომენის სხვა ახსნა უნდა ვეძებოთ. დიდი ალბათობით, ჩვენ არ ვსაუბრობთ კულონის კანონის დარღვევაზე ან ელექტრული მუხტის შენარჩუნების პრინციპზე - შესაძლებელია ვაკვირდეთ ფენომენებს, რომლებიც ბოლომდე არ არის შესწავლილი, რომლის ახსნასაც მეცნიერება ცოტა მოგვიანებით შეძლებს. .