1785 წელს ფრანგმა ფიზიკოსმა ჩარლზ კულომმა ექსპერიმენტულად დაადგინა ელექტროსტატიკის ძირითადი კანონი - ორი უმოძრაო წერტილით დამუხტული სხეულის ან ნაწილაკების ურთიერთქმედების კანონი.

უმოძრაო ელექტრული მუხტების ურთიერთქმედების კანონი - კულონის კანონი - არის მთავარი (ფუნდამენტური) ფიზიკური კანონი და შეიძლება დადგინდეს მხოლოდ ემპირიულად. ის არ გამომდინარეობს ბუნების სხვა კანონებიდან.

თუ დატენვის მოდულებს დავნიშნავთ როგორც | ქ 1 | და | ქ 2 |, მაშინ კულონის კანონი შეიძლება დაიწეროს შემდეგი ფორმით:

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

სადაც კ- პროპორციულობის კოეფიციენტი, რომლის ღირებულება დამოკიდებულია ელექტრული მუხტის ერთეულების არჩევანზე. SI სისტემაში \(~k = \dfrac(1)(4 \pi \cdot \varepsilon_0) = 9 \cdot 10^9\) N m 2 /Cl 2, სადაც ε 0 არის ელექტრული მუდმივი ტოლი 8,85 10 -12 C 2 /Nm 2.

კანონის ფორმულირება:

ვაკუუმში ორი წერტილის უმოძრაო დამუხტული სხეულების ურთიერთქმედების ძალა პირდაპირპროპორციულია მუხტის მოდულების ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა.

ამ ძალას ე.წ კულონი.

კულონის კანონი ამ ფორმულირებაში მოქმედებს მხოლოდ წერტილიდამუხტული ორგანოები, რადგან მხოლოდ მათთვის მუხტებს შორის მანძილის ცნებას აქვს გარკვეული მნიშვნელობა. ბუნებაში არ არსებობს წერტილით დამუხტული სხეულები. მაგრამ თუ სხეულებს შორის მანძილი ბევრჯერ აღემატება მათ ზომას, მაშინ დამუხტული სხეულების არც ფორმა და არც ზომა, როგორც გამოცდილება გვიჩვენებს, მნიშვნელოვნად არ მოქმედებს მათ შორის ურთიერთქმედებაზე. ამ შემთხვევაში, ორგანოები შეიძლება ჩაითვალოს წერტილოვან პირებად.

ადვილია იმის დადგენა, რომ ძაფებზე დაკიდებული ორი დამუხტული ბურთი ან იზიდავს ერთმანეთს ან იგერიებს ერთმანეთს. აქედან გამომდინარეობს, რომ ორი უმოძრაო წერტილით დამუხტული სხეულის ურთიერთქმედების ძალები მიმართულია ამ სხეულების დამაკავშირებელი სწორი ხაზის გასწვრივ. ასეთ ძალებს ე.წ მთავარი. თუ \(~\vec F_(1,2)\) მეშვეობით აღვნიშნავთ ძალას, რომელიც მოქმედებს პირველ მუხტზე მეორედან, ხოლო \(~\vec F_(2,1)\) მეორე მუხტზე მოქმედ ძალას. პირველიდან (ნახ. 1), შემდეგ ნიუტონის მესამე კანონის მიხედვით, \(~\vec F_(1,2) = -\vec F_(2,1)\) . აღნიშნეთ \(\vec r_(1,2)\) რადიუსის ვექტორი, რომელიც შედგენილია მეორე მუხტიდან პირველზე (სურ. 2), შემდეგ

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

თუ დატენვის ნიშნები ქ 1 და ქ 2 იგივეა, მაშინ ძალის მიმართულება \(~\vec F_(1,2)\) ემთხვევა ვექტორის მიმართულებას \(~\vec r_(1,2)\) ; წინააღმდეგ შემთხვევაში, ვექტორები \(~\vec F_(1,2)\) და \(~\vec r_(1,2)\) მიმართულია საპირისპირო მიმართულებით.

წერტილოვანი დამუხტული სხეულების ურთიერთქმედების კანონის ცოდნა შესაძლებელია ნებისმიერი დამუხტული სხეულების ურთიერთქმედების ძალის გამოთვლა. ამისათვის სხეული გონებრივად უნდა დაიყოს ისეთ პატარა ელემენტებად, რომ თითოეული მათგანი შეიძლება ჩაითვალოს წერტილად. ყველა ამ ელემენტის ერთმანეთთან ურთიერთქმედების ძალების გეომეტრიულად დამატებით, შესაძლებელია გამოვთვალოთ ურთიერთქმედების შედეგად მიღებული ძალა.

კულონის კანონის აღმოჩენა პირველი კონკრეტული ნაბიჯია ელექტრული მუხტის თვისებების შესწავლაში. სხეულებში ან ელემენტარულ ნაწილაკებში ელექტრული მუხტის არსებობა ნიშნავს, რომ ისინი ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან კულონის კანონის მიხედვით. ამჟამად კულონის კანონის მკაცრი განხორციელებიდან გადახრები არ არის ნაპოვნი.

კულონის გამოცდილება

კულონის ექსპერიმენტების საჭიროება გამოწვეული იყო იმით, რომ მე-18 საუკუნის შუა ხანებში. დააგროვა ბევრი თვისებრივი მონაცემები ელექტრო ფენომენებზე. საჭირო იყო მათთვის რაოდენობრივი ინტერპრეტაცია. ვინაიდან ელექტრული ურთიერთქმედების ძალები შედარებით მცირე იყო, სერიოზული პრობლემა წარმოიშვა მეთოდის შექმნისას, რომელიც შესაძლებელს გახდის გაზომვების გაკეთებას და საჭირო რაოდენობრივი მასალის მიღებას.

ფრანგმა ინჟინერმა და მეცნიერმა C. Coulomb-მა შემოგვთავაზა მცირე ძალების გაზომვის მეთოდი, რომელიც ეფუძნება თავად მეცნიერის მიერ აღმოჩენილ შემდეგ ექსპერიმენტულ ფაქტს: ლითონის მავთულის ელასტიური დეფორმაციის შედეგად წარმოქმნილი ძალა პირდაპირპროპორციულია გადახვევის კუთხისა. , მავთულის დიამეტრის მეოთხე სიმძლავრე და მისი სიგრძის უკუპროპორციული:

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

სადაც დ- დიამეტრი, ლ- მავთულის სიგრძე, φ - შემობრუნების კუთხე. ზემოაღნიშნულ მათემატიკურ გამოსახულებაში პროპორციულობის კოეფიციენტი კაღმოჩნდა ემპირიულად და დამოკიდებული იყო მასალის ბუნებაზე, საიდანაც მავთული მზადდებოდა.

ეს ნიმუში გამოიყენებოდა ე.წ. შექმნილმა სასწორებმა შესაძლებელი გახადა 5 10 -8 ნ რიგის უმნიშვნელო ძალების გაზომვა.

ბრინჯი. 3

ბრუნვის ბალანსი (ნახ. 3, ა) შედგებოდა მსუბუქი შუშის სხივისგან 9 10,83 სმ სიგრძის, ჩამოკიდებული ვერცხლის მავთულისგან 5 დაახლოებით 75 სმ სიგრძის, 0,22 სმ დიამეტრის.. როკერის ერთ ბოლოში იყო მოოქროვილი ბუდის ბურთი. 8 , ხოლო მეორეზე - საპირწონე 6 - ტურპენტინში ჩაძირული ქაღალდის წრე. მავთულის ზედა ბოლო მიმაგრებული იყო ინსტრუმენტის თავსახურზე 1 . აქაც იყო მანიშნებელი. 2 , რომლის დახმარებით წრიულ სასწორზე ითვლებოდა ძაფის გადახვევის კუთხე. 3 . სასწორი დაამთავრა. მთელი სისტემა მოთავსებული იყო მინის ცილინდრებში. 4 და 11 . ქვედა ცილინდრის ზედა საფარში იყო ხვრელი, რომელშიც ჩასმული იყო შუშის ღერო ბურთულით. 7 ბოლოს. ექსპერიმენტებში გამოიყენეს ბურთები დიამეტრის 0,45-დან 0,68 სმ-მდე.

ექსპერიმენტის დაწყებამდე სათავე მაჩვენებელი ნულზე იყო დაყენებული. შემდეგ ბურთი 7 დამუხტულია წინასწარ ელექტრიფიცირებული ბურთიდან 12 . როდესაც ბურთი ეხება 7 მოძრავი ბურთით 8 გადასახადი გადანაწილდა. თუმცა, იმის გამო, რომ ბურთების დიამეტრი ერთნაირი იყო, ბურთებზე მუხტები ერთნაირი იყო. 7 და 8 .

ბურთების ელექტროსტატიკური მოგერიების გამო (ნახ. 3, ბ) როკერი 9 რაღაც კუთხით შებრუნდა γ (მასშტაბით 10 ). თავით 1 ეს როკერი დაუბრუნდა თავდაპირველ პოზიციას. სასწორზე 3 მაჩვენებელი 2 ნებადართულია კუთხის განსაზღვრა α ძაფის გრეხილი. მთლიანი გადახვევის კუთხე φ = γ + α . ბურთების ურთიერთქმედების ძალა პროპორციული იყო φ , ე.ი., გადახვევის კუთხის გამოყენება შეიძლება ამ ძალის სიდიდის შესაფასებლად.

ბურთებს შორის მუდმივ მანძილზე (ის დაფიქსირდა სასწორზე 10 გრადუსით) შესწავლილი იქნა წერტილოვანი სხეულების ელექტრული ურთიერთქმედების ძალის დამოკიდებულება მათზე მუხტის სიდიდეზე.

ბურთის მუხტზე ძალის დამოკიდებულების დასადგენად კულომმა იპოვა ერთ-ერთი ბურთის მუხტის შეცვლის მარტივი და გენიალური გზა. ამისათვის მან დააკავშირა დამუხტული ბურთი (ბურთები 7 ან 8 ) იგივე ზომით დაუტენელი (ბურთი 12 საიზოლაციო სახელურზე). ამ შემთხვევაში მუხტი ბურთებს შორის თანაბრად ნაწილდებოდა, რამაც გამოკვლეული მუხტი შეამცირა 2, 4 და ა.შ.-ჯერ. ძალის ახალი მნიშვნელობა მუხტის ახალ მნიშვნელობაზე კვლავ ექსპერიმენტულად განისაზღვრა. ამავე დროს, აღმოჩნდა რომ ძალა პირდაპირპროპორციულია ბურთების მუხტების ნამრავლის:

\(~F \sim q_1 \cdot q_2\) .

ელექტრული ურთიერთქმედების ძალის დამოკიდებულება მანძილს შემდეგნაირად აღმოაჩინეს. მას შემდეგ, რაც მუხტი გადაეცა ბურთებს (მათ იგივე მუხტი ჰქონდათ), როკერი გადახრილი იყო გარკვეული კუთხით. γ . შემდეგ თავის მობრუნება 1 ეს კუთხე მცირდება γ ერთი . გადახვევის მთლიანი კუთხე φ 1 = α 1 + (γ - γ 1)(α 1 - თავის ბრუნვის კუთხე). როდესაც ბურთების კუთხური მანძილი მცირდება γ 2 მთლიანი გადახვევის კუთხე φ 2 = α 2 + (γ - γ 2). შენიშნა, რომ თუ γ 1 = 2γ 2, მაშინ φ 2 = 4φ 1, ანუ როდესაც მანძილი მცირდება 2-ჯერ, ურთიერთქმედების ძალა გაიზარდა 4-ჯერ. ძალის მომენტი გაიზარდა იმავე რაოდენობით, რადგან ბრუნვის დეფორმაციის დროს ძალის მომენტი პირდაპირპროპორციულია გადახვევის კუთხისა და, შესაბამისად, ძალის (ძალის მკლავი უცვლელი დარჩა). აქედან გამომდინარეობს დასკვნა: ძალა ორ დამუხტულ სფეროს შორის უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატის:

\(~F \sim \dfrac(1)(r^2)\) .

ლიტერატურა

1. მიაკიშევი გ.ია. ფიზიკა: ელექტროდინამიკა. 10-11 უჯრედი: სახელმძღვანელო. ფიზიკის სიღრმისეული შესწავლისთვის / გ.ია. მიაკიშევი, ა.ზ. სინიაკოვი, ბ.ა. სლობოდკოვი. – M.: Bustard, 2005. – 476გვ.
2. ვოლშტეინი ს.ლ. და სხვ. ფიზიკური მეცნიერების მეთოდები სკოლაში: სახელმძღვანელო მასწავლებლისთვის / ს.ლ. ვოლშტეინი, ს.ვ. პოზოისკი, ვ.ვ. უსანოვი; რედ. ს.ლ. ვოლშტეინი. - მნ.: ნარ. ასვეტა, 1988. - 144გვ.

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 ორი წერტილის მუხტის ქცევას ვაკუუმში. მაგრამ როდესაც საქმე ეხება რეალურ სხეულებს, უნდა გავითვალისწინოთ დამუხტული სხეულების მოცულობითი ზომები და იმ 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. .

ელექტრული მუხტების ურთიერთქმედების ძირითადი კანონი აღმოაჩინა ჩარლზ კულომმა 1785 წელს ექსპერიმენტულად. კულომმა აღმოაჩინა ურთიერთქმედების ძალა ორ პატარა დამუხტულ მეტალის ბურთულას შორის უკუპროპორციულია მანძილის კვადრატის მათ შორის და დამოკიდებულია ბრალდების სიდიდეზე და :

,

სადაც -პროპორციულობის ფაქტორი
.

ბრალდებით მოქმედი ძალები, არიან მთავარი , ანუ ისინი მიმართულია მუხტების დამაკავშირებელი სწორი ხაზის გასწვრივ.

კულონის კანონიშეიძლება დაიწეროს ვექტორული სახით:
,

სადაც -დამუხტვის მხარე ,

არის მუხტის დამაკავშირებელი რადიუსის ვექტორი მუხტით ;

არის რადიუსის ვექტორის მოდული.

მუხტზე მოქმედი ძალა გვერდიდან უდრის
,
.

კულონის კანონი ამ ფორმით

სამართლიანი მხოლოდ წერტილის ელექტრული მუხტების ურთიერთქმედებისთვის, ანუ ისეთი დამუხტული სხეულები, რომელთა წრფივი ზომები შეიძლება უგულებელვყოთ მათ შორის მანძილთან შედარებით.

გამოხატავს ურთიერთქმედების სიძლიერესფიქსირებულ ელექტრულ მუხტებს შორის, ანუ ეს არის ელექტროსტატიკური კანონი.

კულონის კანონის ფორმულირება:

ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების სიძლიერე ორ წერტილოვან ელექტრულ მუხტს შორის პირდაპირპროპორციულია მუხტების სიდიდის ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა..

პროპორციულობის ფაქტორი კულონის კანონში დამოკიდებულია

გარემოს თვისებებიდან

საზომი ერთეულების შერჩევა ფორმულაში შემავალი სიდიდეებისთვის.

Ისე შეიძლება წარმოდგენილი იყოს მიმართებით
,

სადაც -კოეფიციენტი დამოკიდებულია მხოლოდ ერთეულების სისტემის არჩევანზე;

- უგანზომილებიანი სიდიდე, რომელიც ახასიათებს საშუალების ელექტრულ თვისებებს, ეწოდება საშუალო ფარდობითი გამტარიანობა . ეს არ არის დამოკიდებული ერთეულების სისტემის არჩევანზე და უდრის ერთს ვაკუუმში.

შემდეგ კულონის კანონი იღებს ფორმას:
,

ვაკუუმისთვის
,

მაშინ
-გარემოს ფარდობითი გამტარობა გვიჩვენებს, რამდენჯერ არის მოცემულ გარემოში ურთიერთქმედების ძალა ორ წერტილოვან ელექტრული მუხტს შორის და , მდებარეობს ერთმანეთისგან დაშორებით , ნაკლები ვიდრე ვაკუუმში.

SI სისტემაშიკოეფიციენტი
, და

კულონის კანონს აქვს ფორმა:
.

Ეს არის კანონის რაციონალური აღნიშვნა კოულონი.

- ელექტრული მუდმივი,
.

GSSE სისტემაში
,
.

ვექტორული ფორმით, კულონის კანონიფორმას იღებს

სადაც -მუხტზე მოქმედი ძალის ვექტორი დამუხტვის მხარე ,

არის მუხტის დამაკავშირებელი რადიუსის ვექტორი მუხტით

რარის რადიუსის ვექტორის მოდული .

ნებისმიერი დამუხტული სხეული შედგება მრავალი წერტილის ელექტრული მუხტისგან, ამიტომ ელექტროსტატიკური ძალა, რომლითაც ერთი დამუხტული სხეული მოქმედებს მეორეზე, უდრის მეორე სხეულის ყველა წერტილის მუხტზე გამოყენებული ძალების ვექტორულ ჯამს პირველი სხეულის თითოეული წერტილის მუხტიდან.

1.3 ელექტრული ველი. დაძაბულობა.

სივრცე,რომელშიც არის ელექტრული მუხტი, აქვს გარკვეული ფიზიკური თვისებები.

ყველასთვისსხვა ამ სივრცეში შეყვანილ მუხტზე მოქმედებს ელექტროსტატიკური კულონის ძალები.

თუ ძალა მოქმედებს სივრცის ყველა წერტილში, მაშინ ჩვენ ვამბობთ, რომ ამ სივრცეში არის ძალის ველი.

ველი, მატერიასთან ერთად, მატერიის ფორმაა.

თუ ველი სტაციონარულია, ანუ დროში არ იცვლება და იქმნება სტაციონარული ელექტრული მუხტებით, მაშინ ასეთ ველს ელექტროსტატიკური ეწოდება.

ელექტროსტატიკა სწავლობს მხოლოდ ელექტროსტატიკურ ველებს და ფიქსირებული მუხტების ურთიერთქმედებას.

ელექტრული ველის დასახასიათებლად შემოტანილია ინტენსივობის ცნება . დაძაბულობაu ელექტრული ველის თითოეულ წერტილს ვექტორი ეწოდება , რიცხობრივად ტოლია იმ ძალის შეფარდებას, რომლითაც ეს ველი მოქმედებს მოცემულ წერტილში მოთავსებულ საცდელ დადებით მუხტზე და ამ მუხტის სიდიდეს და მიმართულია ძალის მიმართულებით.

საცდელი ბრალდება, რომელიც შემოტანილია ველში, ვარაუდობენ, რომ არის წერტილი და ხშირად უწოდებენ საცდელ მუხტს.

- ის არ მონაწილეობს ველის შექმნაში, რომელიც იზომება მასთან.

ვარაუდობენ, რომ ეს ბრალდება არ ამახინჯებს შესასწავლ სფეროს, ანუ საკმარისად მცირეა და არ იწვევს იმ მუხტების გადანაწილებას, რომელიც ქმნის ველს.

თუ სატესტო პუნქტის გადასახადი ველი მოქმედებს როგორც ძალა , შემდეგ დაძაბულობა
.

დაძაბულობის ერთეულები:

SI:

SGSE:

SI სისტემაში გამოხატულება ამისთვის წერტილის დატენვის ველები:

.

ვექტორული ფორმით:

Აქ არის მუხტიდან გამოყვანილი რადიუსის ვექტორი ქ, რომელიც ქმნის ველს მოცემულ წერტილამდე.

თ
როგორ, წერტილის მუხტის ელექტრული ველის სიძლიერის ვექტორებიქ ყველა წერტილში ველები მიმართულია რადიალურად(ნახ.1.3)

- მუხტიდან, თუ დადებითია, "წყარო"

- და მუხტზე თუ უარყოფითია"საფონდო"

გრაფიკული ინტერპრეტაციისთვისელექტრული ველი შეჰყავთ ძალის ხაზის ცნება ანდაძაბულობის ხაზები . Ეს არის

მრუდი , ტანგენსი თითოეულ წერტილში, რომელსაც ემთხვევა ინტენსივობის ვექტორს.

დაძაბულობის ხაზი იწყება დადებითი მუხტით და მთავრდება უარყოფითზე.

დაძაბულობის ხაზები არ იკვეთება, რადგან ველის თითოეულ წერტილში დაძაბულობის ვექტორს აქვს მხოლოდ ერთი მიმართულება.

Კანონი

კულონის კანონი

ვაკუუმში ორი წერტილის მუხტის ურთიერთქმედების ძალის მოდული პირდაპირპროპორციულია ამ მუხტების მოდულების ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა.

წინააღმდეგ შემთხვევაში: ორი პუნქტიანი გადასახადი ვაკუუმიერთმანეთზე მოქმედებენ ძალებით, რომლებიც პროპორციულია ამ მუხტების მოდულების ნამრავლის, უკუპროპორციული მათ შორის მანძილის კვადრატისა და მიმართულია ამ მუხტების დამაკავშირებელი სწორი ხაზის გასწვრივ. ამ ძალებს ელექტროსტატიკური (კულონი) ეწოდება.

მათი უმოძრაობა. წინააღმდეგ შემთხვევაში, დამატებითი ეფექტები იმოქმედებს: მაგნიტური ველიმოძრავი მუხტი და შესაბამისი დამატებითი ლორენცის ძალამოქმედებს სხვა მოძრავ მუხტზე;

ინტერაქციაში ვაკუუმი.

სად არის ძალა, რომლითაც მუხტი 1 მოქმედებს მუხტ 2-ზე; - ბრალდების სიდიდე; - რადიუსის ვექტორი (ვექტორი მიმართულია მუხტი 1-დან 2-მდე და ტოლია, მოდულში, მუხტებს შორის მანძილს - ); - პროპორციულობის კოეფიციენტი. ამრიგად, კანონი მიუთითებს, რომ ამავე სახელწოდების მუხტები მოგერიდებათ (და საპირისპირო მუხტები იზიდავს).

AT SGSE ერთეულიმუხტი არჩეულია ისე, რომ კოეფიციენტი კუდრის ერთს.

AT ერთეულების საერთაშორისო სისტემა (SI)ერთ-ერთი ძირითადი ერთეული არის ერთეული ელექტრული დენის სიძლიერე ამპერი, და დამუხტვის ერთეული არის გულსაკიდიარის მისი წარმოებული. ამპერი განისაზღვრება ისე, რომ კ= c2 10−7 გნ/მ = 8.9875517873681764 109 ჰმ2/ კლ 2 (ან Ф−1 მ). SI კოეფიციენტში კიწერება როგორც:

სადაც ≈ 8.854187817 10−12 F/m - ელექტრული მუდმივი.

კულონის კანონია:

კულონის კანონი მშრალი ხახუნის კანონისთვის იხილეთ ამონტონ-კულონის კანონიმაგნიტოსტატიკა ელექტროდინამიკა ელექტრული წრე კოვარიანტული ფორმულირება ცნობილი მეცნიერები

კულონის კანონიარის კანონი, რომელიც აღწერს წერტილოვან ელექტრულ მუხტს შორის ურთიერთქმედების ძალებს.

იგი აღმოაჩინა ჩარლზ კულომმა 1785 წელს. ჩარლზ კულომმა ლითონის ბურთებით დიდი რაოდენობით ექსპერიმენტების ჩატარების შემდეგ მისცა კანონის შემდეგი ფორმულირება:

ვაკუუმში ორი წერტილის მუხტის ურთიერთქმედების ძალის მოდული პირდაპირპროპორციულია ამ მუხტების მოდულების ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა.

წინააღმდეგ შემთხვევაში: ვაკუუმში ორი წერტილის მუხტი მოქმედებს ერთმანეთზე ძალებით, რომლებიც პროპორციულია ამ მუხტების მოდულების ნამრავლის, უკუპროპორციული მათ შორის მანძილის კვადრატისა და მიმართულია ამ მუხტების დამაკავშირებელი სწორი ხაზის გასწვრივ. ამ ძალებს ელექტროსტატიკური (კულონი) ეწოდება.

მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ იმისათვის, რომ კანონი იყოს ჭეშმარიტი, აუცილებელია:

1. წერტილოვანი მუხტები - ანუ დამუხტულ სხეულებს შორის მანძილი ბევრად აღემატება მათ ზომას - თუმცა, შეიძლება დადასტურდეს, რომ ორი მოცულობით განაწილებული მუხტის ურთიერთქმედების ძალა სფერულად სიმეტრიულ არაგამკვეთ სივრცულ განაწილებებთან უდრის ურთიერთქმედების ძალას. სფერული სიმეტრიის ცენტრებში განლაგებული ორი ეკვივალენტური წერტილის მუხტი;
2. მათი უმოძრაობა. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ძალაში შედის დამატებითი ეფექტები: მოძრავი მუხტის მაგნიტური ველი და სხვა მოძრავ მუხტზე მოქმედი შესაბამისი დამატებითი ლორენცის ძალა;
3. ურთიერთქმედება ვაკუუმში.

თუმცა, გარკვეული კორექტირებით, კანონი ასევე მოქმედებს შუალედში მუხტების ურთიერთქმედებებზე და გადაადგილების მუხტებზე.

ვექტორული სახით, ს.კულონის ფორმულირებაში, კანონი ასე იწერება:

სად არის ძალა, რომლითაც მუხტი 1 მოქმედებს მუხტ 2-ზე; - ბრალდების სიდიდე; - რადიუსის ვექტორი (ვექტორი მიმართულია მუხტი 1-დან 2-მდე და ტოლია, აბსოლუტური მნიშვნელობით, მანძილს მუხტებს შორის -); - პროპორციულობის კოეფიციენტი. ამრიგად, კანონი მიუთითებს, რომ ამავე სახელწოდების მუხტები მოგერიდებათ (და საპირისპირო მუხტები იზიდავს).

კოეფიციენტი კ

CGSE-ში მუხტის ერთეული არჩეულია ისე, რომ კოეფიციენტი კუდრის ერთს.

ერთეულთა საერთაშორისო სისტემაში (SI) ერთ-ერთი ძირითადი ერთეულია ელექტრული დენის სიძლიერის ერთეული, ამპერი, ხოლო მუხტის ერთეული კულონი არის მისი წარმოებული. ამპერი განისაზღვრება ისე, რომ კ= c2 10-7 H/m = 8,9875517873681764 109 N m2/C2 (ან F−1 მ). SI კოეფიციენტში კიწერება როგორც:

სადაც ≈ 8,854187817 10−12 F/m არის ელექტრული მუდმივი.

ერთგვაროვან იზოტროპულ ნივთიერებაში, ε გარემოს ფარდობითი გამტარიანობა ემატება ფორმულის მნიშვნელს.

კულონის კანონი კვანტურ მექანიკაში

კვანტურ მექანიკაში კულონის კანონი ჩამოყალიბებულია არა ძალის ცნების დახმარებით, როგორც კლასიკურ მექანიკაში, არამედ კულონის ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგიის კონცეფციის დახმარებით. იმ შემთხვევაში, როდესაც კვანტურ მექანიკაში განხილული სისტემა შეიცავს ელექტრულად დამუხტულ ნაწილაკებს, კულონის ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგიის გამოხატვის ტერმინები ემატება სისტემის ჰამილტონის ოპერატორს, როგორც ეს გამოითვლება კლასიკურ მექანიკაში.

ამრიგად, ჰამილტონის ატომის ოპერატორი ბირთვული მუხტით ზროგორც ჩანს:

Აქ მარის ელექტრონის მასა, ე- მისი მუხტი, - რადიუსის ვექტორის აბსოლუტური მნიშვნელობა ჯე ელექტრონი,. პირველი ტერმინი გამოხატავს ელექტრონების კინეტიკურ ენერგიას, მეორე ტერმინი - ელექტრონების ბირთვთან კულონის ურთიერთქმედების პოტენციურ ენერგიას და მესამე ტერმინი - ელექტრონების ურთიერთ მოგერიების პოტენციურ კულონის ენერგიას. პირველ და მეორე წევრებში შეჯამება ხორციელდება ყველა N ელექტრონზე. მესამე ტერმინში ჯამი გადადის ელექტრონების ყველა წყვილზე და თითოეული წყვილი ხდება ერთხელ.

კულონის კანონი კვანტური ელექტროდინამიკის თვალსაზრისით

კვანტური ელექტროდინამიკის მიხედვით დამუხტული ნაწილაკების ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება ნაწილაკებს შორის ვირტუალური ფოტონების გაცვლით ხორციელდება. დროისა და ენერგიის გაურკვევლობის პრინციპი იძლევა ვირტუალური ფოტონების არსებობას მათი ემისიის და შთანთქმის მომენტებს შორის დროის განმავლობაში. რაც უფრო მცირეა მანძილი დამუხტულ ნაწილაკებს შორის, მით ნაკლები დრო სჭირდება ვირტუალურ ფოტონებს ამ მანძილის დასაძლევად და, შესაბამისად, ვირტუალური ფოტონების უფრო დიდი ენერგია დაშვებულია გაურკვევლობის პრინციპით. მუხტებს შორის მცირე დისტანციებზე გაურკვევლობის პრინციპი იძლევა როგორც გრძელი, ისე მოკლე ტალღის სიგრძის ფოტონების გაცვლას, ხოლო დიდ დისტანციებზე გაცვლაში მონაწილეობენ მხოლოდ გრძელი ტალღის ფოტონები. ამრიგად, კვანტური ელექტროდინამიკის დახმარებით შეიძლება კულონის კანონის გამოყვანა.

ამბავი

პირველად ელექტრული დამუხტული სხეულების ურთიერთქმედების კანონის ექსპერიმენტულად გამოსაკვლევად შემოგვთავაზა გ.ვ.რიჩმანმა 1752-1753 წლებში. იგი აპირებდა ამ მიზნით გამოეყენებინა მის მიერ შექმნილი „ინდიკატორი“ ელექტრომეტრი. ამ გეგმის განხორციელებას ხელი შეუშალა რიჩმანის ტრაგიკულმა სიკვდილმა.

1759 წელს ფ. ეპინუსმა, პეტერბურგის მეცნიერებათა აკადემიის ფიზიკის პროფესორმა, რომელმაც რიჩმანის კათედრა მისი გარდაცვალების შემდეგ დაიკავა, პირველად გამოთქვა ვარაუდი, რომ მუხტები უნდა ურთიერთქმედებდეს მანძილის კვადრატთან საპირისპიროდ. 1760 წელს გამოჩნდა მოკლე მოხსენება, რომ დ.ბერნულმა ბაზელში დაადგინა კვადრატული კანონი მის მიერ შექმნილი ელექტრომეტრის გამოყენებით. 1767 წელს პრისტლიმ თავის „ელექტროენერგიის ისტორიაში“ აღნიშნა, რომ ფრანკლინის გამოცდილება დატვირთული ლითონის ბურთის შიგნით ელექტრული ველის არარსებობის პოვნის შესახებ შეიძლება ნიშნავდეს იმას, რომ "ელექტრული მიზიდულობა მიჰყვება ზუსტად იმავე კანონს, როგორც გრავიტაცია, ანუ მანძილის კვადრატი". შოტლანდიელი ფიზიკოსი ჯონ რობისონი ამტკიცებდა (1822), რომ აღმოაჩინა 1769 წელს, რომ თანაბარი ელექტრული მუხტის მქონე ბურთები მოიგერიეს მათ შორის მანძილის კვადრატის უკუპროპორციული ძალით და, ამრიგად, ელოდა კულონის კანონის აღმოჩენას (1785).

კულონამდე დაახლოებით 11 წლით ადრე, 1771 წელს, მუხტების ურთიერთქმედების კანონი ექსპერიმენტულად აღმოაჩინა გ. კავენდიშმა, მაგრამ შედეგი არ გამოქვეყნებულა და უცნობი დარჩა დიდი ხნის განმავლობაში (100 წელზე მეტი). კევენდიშის ხელნაწერები დ.კ.მაქსველს მხოლოდ 1874 წელს გადასცა კავენდიშის ერთ-ერთმა შთამომავალმა კავენდიშის ლაბორატორიის საზეიმო გახსნაზე და გამოქვეყნდა 1879 წელს.

კულონი თავად იყო დაკავებული ძაფების ბრუნვის შესწავლით და გამოიგონა ბრუნვის ბალანსი. მან აღმოაჩინა თავისი კანონი, გამოიყენა ისინი დამუხტული ბურთების ურთიერთქმედების ძალების გასაზომად.

კულონის კანონი, სუპერპოზიციის პრინციპი და მაქსველის განტოლებები

კულონის კანონი და ელექტრული ველების სუპერპოზიციის პრინციპი სრულიად ექვივალენტურია მაქსველის ელექტროსტატიკის განტოლებათა და. ანუ, კულონის კანონი და ელექტრული ველების სუპერპოზიციის პრინციპი დაკმაყოფილებულია, თუ და მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ დაკმაყოფილებულია მაქსველის განტოლებები ელექტროსტატიკისთვის და, პირიქით, მაქსველის განტოლებები ელექტროსტატიკისთვის დაკმაყოფილებულია, თუ და მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ კულონის კანონი და ელექტრული სუპერპოზიციის პრინციპი. ველები დაკმაყოფილებულია.

კულონის კანონის სიზუსტის ხარისხი

კულონის კანონი ექსპერიმენტულად დადგენილი ფაქტია. მისი ვალიდობა არაერთხელ დადასტურდა უფრო და უფრო ზუსტი ექსპერიმენტებით. ასეთი ექსპერიმენტების ერთ-ერთი მიმართულებაა იმის შემოწმება, განსხვავდება თუ არა მაჩვენებლები რ 2-ის კანონში. ამ განსხვავების საპოვნელად გამოიყენება ის ფაქტი, რომ თუ ხარისხი ზუსტად უდრის ორს, მაშინ დირიჟორში არ არის ველი ღრუს შიგნით, როგორიც არ უნდა იყოს ღრუს ან გამტარის ფორმა.

1971 წელს შეერთებულ შტატებში E. R. Williams-ის, D. E. Voller-ის და G. A. Hill-ის მიერ ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ კულონის კანონში მაჩვენებლის მაჩვენებელი 2-დან 2-მდეა.

კულონის კანონის სიზუსტის შესამოწმებლად ატომურ დისტანციებზე, W. Yu. Lamb და R. Rutherford 1947 წელს გამოიყენეს წყალბადის ენერგიის დონეების შედარებითი მოწყობის გაზომვები. აღმოჩნდა, რომ ატომური 10−8 სმ რიგის მანძილზეც კი, კულონის კანონში მაჩვენებლის მაჩვენებელი განსხვავდება 2-დან არაუმეტეს 10−9-ით.

კოეფიციენტი კულონის კანონში მუდმივი რჩება 15·10−6-მდე.

კულონის კანონის შესწორებები კვანტურ ელექტროდინამიკაში

მოკლე დისტანციებზე (ელექტრონის კომპტონის ტალღის სიგრძის ბრძანებით, ≈3,86 10−13 მ, სადაც არის ელექტრონის მასა, არის პლანკის მუდმივი, არის სინათლის სიჩქარე), კვანტური ელექტროდინამიკის არაწრფივი ეფექტები მნიშვნელოვანი ხდება. : ვირტუალური ფოტონების გაცვლას ემატება ვირტუალური ელექტრონ-პოზიტრონი (და ასევე მიონ-ანტიმუონი და ტაონ-ანტიტაონი) წყვილების წარმოქმნით, ასევე მცირდება სკრინინგის ეფექტი (იხ. რენორმალიზაცია). ორივე ეფექტი იწვევს მუხტების ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგიის გამოხატვის ექსპონენციურად კლებადი რიგის ტერმინების გამოჩენას და, შედეგად, ურთიერთქმედების ძალის ზრდას კულონის კანონით გამოთვლილთან შედარებით. მაგალითად, CGS სისტემაში წერტილის მუხტის პოტენციალის გამოხატულება, პირველი რიგის რადიაციული შესწორებების გათვალისწინებით, იღებს ფორმას:

სად არის ელექტრონის კომპტონის ტალღის სიგრძე, არის წვრილი სტრუქტურის მუდმივი u. ~ 10−18 მ რიგის დისტანციებზე, სადაც არის W-ბოზონის მასა, მოქმედებს ელექტროსუსტი ეფექტები.

ძლიერ გარე ელექტრომაგნიტურ ველებში, რომლებიც ქმნიან ვაკუუმის დაშლის ველის მნიშვნელოვან ნაწილს (~1018 ვ/მ ან ~109 ტ-ის რიგით, ასეთი ველები შეინიშნება, მაგალითად, გარკვეული ტიპის ნეიტრონული ვარსკვლავების, კერძოდ მაგნიტარების მახლობლად) კულონის კანონი ასევე ირღვევა გაცვლითი ფოტონების დელბრიუკის გაფანტვის გამო გარე ველის ფოტონებზე და სხვა, უფრო რთული არაწრფივი ეფექტებით. ეს ფენომენი ამცირებს კულონის ძალას არა მხოლოდ მიკროსკალაზე, არამედ მაკრომასშტაბზეც; კერძოდ, ძლიერ მაგნიტურ ველში კულონის პოტენციალი მცირდება ექსპონენციალურად და არა უკუპროპორციულად მანძილის მიხედვით.

კულონის კანონი და ვაკუუმური პოლარიზაცია

ვაკუუმური პოლარიზაციის ფენომენი კვანტურ ელექტროდინამიკაში არის ვირტუალური ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილების წარმოქმნა. ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილების ღრუბელი იცავს ელექტრონის ელექტრულ მუხტს. სკრინინგი იზრდება ელექტრონიდან მანძილის მატებასთან ერთად, რის შედეგადაც ელექტრონის ეფექტური ელექტრული მუხტი არის მანძილის კლების ფუნქცია. ელექტრული მუხტის მქონე ელექტრონის მიერ შექმნილი ეფექტური პოტენციალი შეიძლება აისახოს ფორმის დამოკიდებულებით. ეფექტური მუხტი დამოკიდებულია მანძილზე ლოგარითმული კანონის მიხედვით:

ტ.ნ. წვრილი სტრუქტურის მუდმივი ≈7.3 10−3;

ტ.ნ. კლასიკური ელექტრონული რადიუსი ≈2,8 10−13 სმ..

იულინგის ეფექტი

ვაკუუმში წერტილოვანი მუხტების ელექტროსტატიკური პოტენციალის გადახრის ფენომენი კულონის კანონის მნიშვნელობიდან ცნობილია, როგორც იულინგის ეფექტი, რომელმაც პირველად გამოითვალა გადახრები კულონის კანონიდან წყალბადის ატომისთვის. Yuling ეფექტი ასწორებს Lamb ცვლას 27 MHz-ით.

კულონის კანონი და ზემძიმე ბირთვები

მუხტის მქონე სუპერმძიმე ბირთვების მახლობლად ძლიერ ელექტრომაგნიტურ ველში, ვაკუუმი თავისთავად აწესრიგებს, რაც ჩვეულებრივი ფაზის გადასვლის ანალოგია. ეს იწვევს კულონის კანონში ცვლილებების შეტანას

კულონის კანონის მნიშვნელობა მეცნიერების ისტორიაში

კულონის კანონი არის პირველი ღია რაოდენობრივი და მათემატიკურად ჩამოყალიბებული კანონი ელექტრომაგნიტური ფენომენებისთვის. ელექტრომაგნიტიზმის თანამედროვე მეცნიერება დაიწყო კულონის კანონის აღმოჩენით.

იხილეთ ასევე

• Ელექტრული ველი
• გრძელი დიაპაზონი
• ბიო-სავარტ-ლაპლასის კანონი
• მიზიდულობის კანონი
• გულსაკიდი, ჩარლზ ავგუსტინ დე
• გულსაკიდი (ერთეული)
• სუპერპოზიციის პრინციპი
• მაქსველის განტოლებები

ბმულები

• კულონის კანონი (ვიდეოგაკვეთილი, მე-10 კლასის პროგრამა)

შენიშვნები

1. Landau L. D., Lifshits E. M. Theoretical Physics: Proc. შემწეობა: უნივერსიტეტებისთვის. 10 ტომში T. 2 სფეროს თეორია. - მე-8 გამოცემა, სტერეო. - M.: FIZMATLIT, 2001. - 536გვ. - ISBN 5-9221-0056-4 (ტ. 2), თავ. 5 მუდმივი ელექტრომაგნიტური ველი, გვ. 38 თანაბრად მოძრავი მუხტის ველი, გვ. 132
2. Landau L. D., Lifshits E. M. Theoretical Physics: Proc. შემწეობა: უნივერსიტეტებისთვის. 10 ტომში ტომი 3. კვანტური მექანიკა (არარელატივისტური თეორია). - მე-5 გამოცემა, სტერეო. - M.: Fizmatlit, 2002. - 808გვ. - ISBN 5-9221-0057-2 (ტ. 3), ქ. 3 შროდინგერის განტოლება, გვ 17 შროდინგერის განტოლება, გვ. 74
3. გ. ბეთე კვანტური მექანიკა. - თითო. ინგლისურიდან, რედ. V. L. Bonch-Bruevich, "Mir", M., 1965, ნაწილი 1 ატომის აგებულების თეორია, ჩ. 1 შროდინგერის განტოლება და მისი ამოხსნის სავარაუდო მეთოდები, გვ. თერთმეტი
4. R. E. Peierls ბუნების კანონები. თითო ინგლისურიდან. რედ. პროფ. ი.მ.ხალატნიკოვა, ფიზიკურ-მათემატიკური ლიტერატურის სახელმწიფო გამომცემლობა, მ., 1959, სროლის გალერეა. 20000 ეგზემპლარი, 339 გვ., ჩ. 9 ”ელექტრონები მაღალ სიჩქარეებზე”, გვ ”ძალები მაღალ სიჩქარეებზე. სხვა სირთულეები, გვ. 263
5. L. B. Okun ... z ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის ელემენტარული შესავალი, M., Nauka, 1985, Kvant Library, ტ. 45, გვ „ვირტუალური ნაწილაკები“, გვ. 57.
6. novi comm. აკად. სც. იმპ. Petropolitanae, ვ. IV, 1758, გვ. 301.
7. Aepinus F.T.W.ელექტროენერგიის და მაგნეტიზმის თეორია. - L.: AN SSSR, 1951. - 564 გვ. - (მეცნიერების კლასიკა). - 3000 ეგზემპლარი.
8. აბელ სოცინი (1760) Acta Helvetica, ტ. 4, გვერდები 224-225.
9. ჯ.პრისტლი. ელექტროენერგიის ისტორია და დღევანდელი მდგომარეობა ორიგინალური ექსპერიმენტებით. ლონდონი, 1767, გვ. 732.
10. ჯონ რობისონი, მექანიკური ფილოსოფიის სისტემა(ლონდონი, ინგლისი: ჯონ მიურეი, 1822), ტ. 4. 68-ე გვერდზე რობიზონი აცხადებს, რომ 1769 წელს მან გამოაქვეყნა ერთიდაიგივე მუხტის სფეროებს შორის მოქმედი ძალის გაზომვები და ასევე აღწერს კვლევის ისტორიას ამ სფეროში და აღნიშნა ეპინუსის, კავენდიშის და კულონის სახელები. 73-ე გვერდზე ავტორი წერს, რომ ძალა იცვლება როგორც x−2,06.
11. S. R. Filonovich "Cavendish, Coulomb and electrostatics", M., "Knowledge", 1988, LBC 22.33 F53, ch. „კანონის ბედი“, გვ. 48
12. R. Feynman, R. Layton, M. Sands, The Feynman Lectures in Physics, ტ. 5, ელექტროენერგია და მაგნეტიზმი, ტრანს. ინგლისურიდან, რედ. Ya.A. Smorodinsky, ed. 3, M., Editorial URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (ელექტროენერგია და მაგნეტიზმი), ISBN 5-354-00698-8 (სრული ნამუშევარი), ქ. 4 „ელექტროსტატიკა“, გვ 1 „სტატიკა“, გვ. 70-71;
13. R. Feynman, R. Layton, M. Sands, The Feynman Lectures in Physics, ტ. 5, ელექტროენერგია და მაგნეტიზმი, ტრანს. ინგლისურიდან, რედ. Ya.A. Smorodinsky, ed. 3, M., Editorial URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (ელექტროენერგია და მაგნეტიზმი), ISBN 5-354-00698-8 (სრული ნამუშევარი), ქ. 5 „გაუსის კანონის აპლიკაციები“, გვ.10 „ველი გამტარის ღრუს შიგნით“, გვ. 106-108;
14. E. R. Williams, J. E. Faller, H. A. Hill "Culomb's Law of New Experimental Test: A Laboratory Upper Limit on the Photon Rest Mass", ფიზ. რევ. ლეტ. 26, 721-724 (1971);
15. W. E. Lamb, R. C. Retherfordწყალბადის ატომის თხელი სტრუქტურა მიკროტალღური მეთოდით (ინგლისური) // ფიზიკური მიმოხილვა. - T. 72. - No 3. - S. 241-243.
16. 1 2 R. Feynman, R. Layton, M. Sands, The Feynman Lectures in Physics, ტ. 5, ელექტროენერგია და მაგნეტიზმი, ტრანს. ინგლისურიდან, რედ. Ya.A. Smorodinsky, ed. 3, M., Editorial URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (ელექტროენერგია და მაგნეტიზმი), ISBN 5-354-00698-8 (სრული ნამუშევარი), ქ. 5 „გაუსის კანონის გამოყენება“, გვ 8 „არის თუ არა კულონის კანონი ზუსტი?“, გვ. 103;
17. CODATA (მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების მონაცემთა კომიტეტი)
18. ბერესტეცკი, ვ.ბ., ლიფშიცი, ე.მ., პიტაევსკი, ლ.პ.კვანტური ელექტროდინამიკა. - მე-3 გამოცემა, შესწორებული. - M.: Nauka, 1989. - S. 565-567. - 720 წ. - („თეორიული ფიზიკა“, ტომი IV). - ISBN 5-02-014422-3
19. ნედა სადოღი QED-ის მოდიფიცირებული კულონის პოტენციალი ძლიერ მაგნიტურ ველში (ინგლისური).
20. Okun L. B. "ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა", რედ. 3rd, M., "Editorial URSS", 2005, ISBN 5-354-01085-3, BBC 22.382 22.315 22.3o, ch. 2 „გრავიტაცია. ელექტროდინამიკა“, „ვაკუუმური პოლარიზაცია“, გვ. 26-27;
21. „მიკროსამყაროს ფიზიკა“, წ. რედ. დ.ვ.შირკოვი, მ., „საბჭოთა ენციკლოპედია“, 1980, 528 გვ., ილ., 530.1 (03), F50, მუხ. „ეფექტური მუხტი“, რედ. Ხელოვნება. დ.ვ.შირკოვი, გვ.496;
22. Yavorsky B. M. "ფიზიკის სახელმძღვანელო ინჟინრებისა და უნივერსიტეტის სტუდენტებისთვის" / B. M. Yavorsky, A. A. Detlaf, A. K. Lebedev, 8th ed., შესწორებული. და შესწორებული, M .: Publishing House Onyx LLC, Publishing House Mir and Education LLC, 2006, 1056 გვერდი: ილუსტრაციები, ISBN 5-488-00330-4 (OOO Publishing House Onyx), ISBN 5-94666 -260- და განათლების გამომცემლობა შპს), ISBN 985-13-5975-0 (Harvest LLC), UDC 530(035) BBK 22.3, Ya22, "დანართები", "ძირითადი ფიზიკური მუდმივები", გვ. 1008;
23. Uehling E.A., ფიზ. Rev. 48, 55 (1935)
24. "მეზონები და ველები" S. Schweber, G. Bethe, F. Hoffman volume 1 Fields ch. 5 დირაკის განტოლების თვისებები გვ 2. მდგომარეობები უარყოფითი ენერგიით გვ. 56, ch. 21 რენორმალიზაცია, სეკ. 5 ვაკუუმური პოლარიზაცია s 336
25. A. B. Migdal „ვაკუუმური პოლარიზაცია ძლიერ ველებში და პიონის კონდენსაცია“, „უსპეხი ფიზიჩესკიხ ნაუკ“, ტ.123, გ. 3, 1977, ნოემბერი, გვ. 369-403;
26. სპირიდონოვი O.P. "უნივერსალური ფიზიკური მუდმივები", მ., "განმანათლებლობა", 1984, გვ. 52-53;

ლიტერატურა

1. ფილონოვიჩ S.R. კლასიკური სამართლის ბედი. - მ., ნაუკა, 1990. - 240გვ., ISBN 5-02-014087-2 (კვანტური ბიბლიოთეკა, ნომერი 79), შემოწ. 70500 ეგზემპლარი

კატეგორიები:

• ფიზიკური კანონები
• ელექტროსტატიკა

კულონის კანონი

კულონის ტორსიული ზოლები

კულონის კანონი- ელექტროსტატიკის ერთ-ერთი მთავარი კანონი, რომელიც განსაზღვრავს ძალის სიდიდეს პირდაპირ ორ არაძალადობრივ წერტილოვან მუხტს შორის. ექსპერიმენტულად, საკმარისი სიზუსტით, კანონი პირველად დაადგინა ჰენრი კავენდიშმა 1773 წელს. მან დაამარცხა სფერული კონდენსატორის მეთოდი, მაგრამ არ გამოაქვეყნა მისი შედეგები. 1785 წელს კანონი შემოიღო ჩარლზ კულომმა სპეციალური ბრუნვის ტერმინების დახმარებით.

დანიშვნა

ორპუნქტიანი არაძალადობრივი მუხტების q 1 და q 2 ურთიერთქმედების ელექტროსტატიკური ძალა F 12 ვაკუუმში პირდაპირპროპორციულია მუხტების აბსოლუტური მნიშვნელობისა და შეფუთულია მათ შორის r 12 მანძილის კვადრატის პროპორციულად. F 12 = k ⋅ q 1 ⋅ q 2 r 12 2 (\displaystyle F_(12)=k\cdot (\frac (q_(1)\cdot q_(2))(r_(12)^(2))) ) ,

ვექტორული ფორმისთვის:

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)) ),

ურთიერთმოდალობის ძალა მიმართულია სწორ ხაზზე, რომელიც უდრის ერთ მუხტს, უფრო მეტიც, ერთდროული მუხტები შერეულია, მაგრამ განსხვავებულად იზიდავს.ძალები, რომლებიც განსაზღვრულია კულონის კანონით, დანამატია.

Vikonannya-სთვის აუცილებელია ჩამოყალიბებული კანონი, რათა მათ ასე იფიქრონ:

1. დამუხტვის წერტილი - დამუხტულ სხეულებს შორის შეიძლება დაიტვირთოს მეტი წყალი.
2. მუხტების ურღვევობა. საპირისპირო მიმართულებით აუცილებელია მაგნიტური ველის აღდგენა მუხტამდე, რომელიც იშლება.
3. კანონი ფორმულირებულია ვაკუუმში გადასახადებისთვის.

გახდა ელექტროსტატიკური

პროპორციულობის კოეფიციენტი კშემიძლია დავასახელო ელექტროსტატიკური ფოლადი. Vіn მოხვდება vіd არჩევანი მარტო vimіryuvannya. ასე რომ, საერთაშორისო სისტემას აქვს ერთი (С)

K = 1 4 π ε 0 ≈ (\displaystyle k=(\frac (1)(4\pi \varepsilon _(0)))\დაახლოებით) 8,987742438 109 N m2 C-2,

de ε 0 (\displaystyle \varepsilon _(0)) - გახდა ელექტრო. კულონის კანონი ჩანს:

F 12 = 1 4 π ε 0 q 1 q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F) _(12)=(\frac (1)(4\pi \varepsilon _(0)))(\ ფრაკი (q_(1)q_(2))(r_(12)^(3)))\mathbf (r) _(12)) .

ბოლო საათის განახლებისას, მარტო vimiryuvannya-ს მთავარი სისტემა იყო SGS სისტემა. ბევრი კლასიკური ფიზიკური ლიტერატურა დაიწერა ერთ-ერთი სხვადასხვა CGS სისტემის - გაუსის ერთეულების სისტემის სხვადასხვა წყაროების გამოყენებით. ერთი ბრალდება წაართვეს იმ წოდებას, რომ კ=1 და კულონის კანონი ასე გამოიყურება:

F 12 = q 1 q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F) _(12)=(\frac (q_(1)q_(2))(r)_(12)^(3) ))\mathbf (r) _(12)) .

კულონის კანონის მსგავსი შეხედულება შეიძლება უნიკალური იყოს ატომურ სისტემებში, რაც კვანტური ქიმიური კვლევისთვის ატომური ფიზიკის გამარჯვებულია.

კულონის კანონი შუაშია

შუაში იცვლება მუხტებს შორის ურთიერთკავშირის ძალა, რაც იწვევს პოლარიზაციას. ერთგვაროვანი იზოტროპული გარემოსთვის, ამ გარემოსთვის დამახასიათებელი პროპორციული მნიშვნელობის ცვლილებას ეწოდება დიელექტრიკული ფოლადი ან დიელექტრიკული შეღწევა და ხმის ნიშნავს ε (\displaystyle \varepsilon) . კულონის ძალა სისტემაში СІ შეიძლება გამოიყურებოდეს

F 12 = 1 4 π ε ε 0 q 1 q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F) _(12)=(\frac (1)(4\pi \varepsilon \varepsilon _(0)) )(\frac (q_(1)q_(2))(r_(12)^(3)))\mathbf (r) _(12)) .

დიელექტრიკი სულ უფრო და უფრო უახლოვდებოდა ერთიანობას, ამიტომ მომავალში შესაძლებელია ვაკუუმის ფორმულის საკმარისი სიზუსტით მოგება.

ისტორია

ვარაუდები იმის შესახებ, რომ ელექტრიფიცირებულ სხეულებს შორის ურთიერთქმედება ექვემდებარება სიმაღლის კვადრატის პროპორციულობის იმავე კანონს, რომელიც მძიმეა, არაერთხელ განიხილეს გადარჩენილები მე-18 საუკუნის შუა ხანებში. 1770-იან წლებში ჰენრი კავენდიშმა ექსპერიმენტულად აღმოაჩინა, მაგრამ არ გამოაქვეყნა თავისი შედეგები და მხოლოდ მე-19 საუკუნეში გახდა ცნობილი. ღონისძიების და იოგოს არქივების გამოქვეყნების შემდეგ. შარლ კულომმა გამოაქვეყნა 1785 წლის კანონი ორ მოგონებაში, რომელიც წარდგენილ იქნა საფრანგეთის მეცნიერებათა აკადემიაში. 1835 წელს კარლ გაუსმა გამოაქვეყნა გაუსის თეორემა კულონის კანონის საფუძველზე. გაუსის თეორემის გათვალისწინებით, კულონის კანონი შედის ელექტროდინამიკის მთავარ თანასწორობამდე.

კანონის ხელახალი შემოწმება

მაკროსკოპული ხედებისთვის მიწიერ გონებაში ექსპერიმენტების დროს, რომლებიც ჩატარდა კავენდიშის მეთოდით, ხარისხის მაჩვენებელი რკულონის კანონში შეუძლებელია 2 უფრო დაბალი 6 10−16-ით შეცვლა. ალფა ნაწილაკების გაფართოების ექსპერიმენტებიდან ჩანს, რომ კულონის კანონი არ იშლება 10−14 მ-მდე. ფართო მასშტაბების ამ რეგიონში შემუშავებულია კვანტური მექანიკის კანონები.

კულონის კანონი შეიძლება ჩაითვალოს კვანტური ელექტროდინამიკის ერთ-ერთ ბოლო მაგალითად, რომლის ფარგლებშიც დამუხტვის სიხშირეების ურთიერთქმედება ეფუძნება ვირტუალური ფოტონების გაცვლას. ამის შედეგად, კვანტური ელექტროდინამიკის ხელახალი გადამოწმების ექსპერიმენტები შეიძლება ჩაითვალოს კულონის კანონის ხელახალი გადამოწმების მტკიცებულებად. ასე რომ, ელექტრონებისა და პოზიტრონების განადგურების ექსპერიმენტები აჩვენებს, რომ კვანტური ელექტროდინამიკის კანონები ვერ შეიცვლება 10−18 მ მანძილზე.

დივ. ასევე

• გაუსის თეორემა
• ლორენცის ძალა

ძერელა

• გონჩარენკო ს.უ.ფიზიკა: ძირითადი კანონები და ფორმულები - K.: Libid, 1996. - 47გვ.
• კუჩერუკ ი. მ., გორბაჩუკ ი. ტ., ლუციკი პ.პ.ელექტროენერგია და მაგნეტიზმი // Zagalny ფიზიკის კურსი. - კ.: ტექნიკა, 2006. - T. 2. - 456გვ.
• ფრიშ ს.ე., ტიმორევა ა.ვ.ელექტრული და ელექტრომაგნიტური ფენომენები // გლობალური ფიზიკის კურსი. - K .: Radianska School, 1953. - T. 2. - 496გვ.
• ფიზიკური ენციკლოპედია / რედ. A.M. პროხოროვა. - მ.: საბჭოთა ენციკლოპედია, 1990. - T. 2. - 703გვ.
• სივუხინი დ.ვ.ელექტროენერგია // ფიზიკის ზოგადი კურსი. - M. : Fizmatlit, 2009. - T. 3. - 656გვ.

შენიშვნები

1. ა ბ კულონის კანონი შეიძლება იყოს მიახლოებული როჰომიის მუხტებისთვის, რადგან მათი სიმსუბუქე უფრო მდიდარია ვიდრე სინათლის სიმსუბუქე.
2. ა ბ Y -- Coulomb (1785a) "Premier memoire sur l'électricité et le magnétisme," , გვერდები 569-577 -- გულსაკიდი, რომელიც იყენებს ერთჯერადი დამუხტვის ძალას:
   

   გვერდი 574: Il résulte donc de ces trois essais, que l "action repulsive que les deux balles électrifées de la même nature d" électricité exercent l "une sur l" autre, suit la raison inverse du carré des დისტანციებზე.

   თარგმანი: ასევე, ამ ტრიოხიდან doslіdіv sіduє, scho სიმძლავრე vіdshtovhuvannya ორ ელექტრიფიცირებულ კოჭას შორის, დამუხტულია იმავე ბუნების ელექტროენერგიით, პროპორციულობის კანონის დაცვით გადაბრუნებული vіdstani მოედანზე..

   Y -- Coulomb (1785b) "მეორე მოგონება ელექტრული და მაგნიტიზმზე" მეცნიერებათა სამეფო აკადემიის ისტორია, გვერდები 578-611. - გულსაკიდი აჩვენა, რომ საპირისპირო მუხტის სხეულები იზიდავს ცეცხლოვან-პროპორციული ძალის ძალით.

3. აირჩიე გონების ისეთი კარგად დაკეცილი ფორმულა, რომ საერთაშორისო სისტემაში ძირითადი ერთეული არ არის ელექტრული მუხტი, არამედ ელექტრული სიმძლავრის ერთეული არის ამპერები, მაგრამ ელექტროდინამიკის ძირითადი გათანაბრება იწერება მამრავლის გარეშე 4 π ( \ ჩვენების სტილი 4 \ პი).

კულონის კანონი

ირინა რუდერფერი

კულონის კანონი არის წერტილი ელექტრული მუხტების ურთიერთქმედების კანონი.

იგი აღმოაჩინა კულომმა 1785 წელს. ლითონის ბურთებით დიდი რაოდენობით ექსპერიმენტების ჩატარების შემდეგ, ჩარლზ კულომმა კანონის შემდეგი ფორმულირება მისცა:

ვაკუუმში ორი წერტილის უმოძრაო დამუხტული სხეულების ურთიერთქმედების ძალა მიმართულია მუხტების დამაკავშირებელი სწორი ხაზის გასწვრივ, პირდაპირპროპორციულია მუხტის მოდულების ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა.
მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ იმისათვის, რომ კანონი იყოს ჭეშმარიტი, აუცილებელია:
1. წერტილოვანი მუხტები – ანუ დამუხტულ სხეულებს შორის მანძილი მათ ზომაზე ბევრად დიდია.
2. მათი უმოძრაობა. წინააღმდეგ შემთხვევაში, უკვე აუცილებელია დამატებითი ეფექტების გათვალისწინება: მოძრავი მუხტის წარმოქმნილი მაგნიტური ველი და შესაბამისი დამატებითი ლორენცის ძალა, რომელიც მოქმედებს სხვა მოძრავ მუხტზე.
3. ურთიერთქმედება ვაკუუმში.
თუმცა, გარკვეული კორექტირებით, კანონი ასევე მოქმედებს შუალედში მუხტების ურთიერთქმედებებზე და გადაადგილების მუხტებზე.

ვექტორული სახით, ს.კულონის ფორმულირებაში, კანონი ასე იწერება:

სადაც F1,2 არის ძალა, რომლითაც მუხტი 1 მოქმედებს მუხტზე 2; q1,q2 - მუხტების სიდიდე; - რადიუსის ვექტორი (ვექტორი მიმართულია მუხტი 1-დან 2-მდე და ტოლია, მოდულში, მუხტებს შორის მანძილს - r12); k - პროპორციულობის კოეფიციენტი. ამრიგად, კანონი მიუთითებს, რომ მსგავსი მუხტები მოგერიება (და განსხვავებით მუხტები იზიდავს).

არ დაუთოოთ მატყლის წინააღმდეგ!

იცოდა ელექტროენერგიის არსებობის შესახებ ათასობით წლის განმავლობაში, ადამიანმა დაიწყო მისი მეცნიერული შესწავლა მხოლოდ მე-18 საუკუნეში. (საინტერესოა, რომ იმ ეპოქის მეცნიერებმა, რომლებმაც შეასრულეს ეს პრობლემა, გამოარჩიეს ელექტროენერგია, როგორც ფიზიკისგან განცალკევებული მეცნიერება და საკუთარ თავს "ელექტრიკოსები" უწოდეს.) ელექტროენერგიის ერთ-ერთი წამყვანი პიონერი იყო ჩარლზ ავგუსტინ დე კულონი. გულდასმით შეისწავლა სხვადასხვა ელექტროსტატიკური მუხტის მატარებელ სხეულებს შორის ურთიერთქმედების ძალები, მან ჩამოაყალიბა კანონი, რომელიც ახლა მის სახელს ატარებს. ძირითადად, ის ატარებდა თავის ექსპერიმენტებს შემდეგნაირად: სხვადასხვა ელექტროსტატიკური მუხტი გადადიოდა უწვრილეს ძაფებზე დაკიდებულ ორ პატარა ბურთულაზე, რის შემდეგაც ბურთებთან შეჩერებები უახლოვდებოდა. საკმარისი მიდგომით, ბურთებმა დაიწყეს ერთმანეთის მიზიდვა (ელექტრული მუხტების საპირისპირო პოლარობით) ან მოგერიება (ერთპოლარული მუხტის შემთხვევაში). შედეგად, ძაფები გადახრილი იქნა ვერტიკალიდან საკმარისად დიდი კუთხით, რომლითაც ელექტროსტატიკური მიზიდულობის ან მოგერიების ძალები დაბალანსებული იყო დედამიწის მიზიდულობის ძალებით. გაზომვის შემდეგ გადახრის კუთხე და იცოდა ბურთების მასა და შეჩერების სიგრძე, კულომმა გამოთვალა ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების ძალები ბურთების სხვადასხვა მანძილზე ერთმანეთისგან და, ამ მონაცემების საფუძველზე, გამოიღო ემპირიული ფორმულა:

სადაც Q და q არის ელექტროსტატიკური მუხტების სიდიდეები, D არის მანძილი მათ შორის, ხოლო k არის ექსპერიმენტულად განსაზღვრული კულონის მუდმივი.

ჩვენ დაუყოვნებლივ აღვნიშნავთ ორ საინტერესო პუნქტს კულონის კანონში. ჯერ ერთი, თავისი მათემატიკური ფორმით, ის იმეორებს ნიუტონის უნივერსალური მიზიდულობის კანონს, თუ ამ უკანასკნელში მასებს შევცვლით მუხტებით, ხოლო ნიუტონის მუდმივას კულონის მუდმივით. და ამ მსგავსების კარგი მიზეზები არსებობს. თანამედროვე კვანტური ველის თეორიის თანახმად, როგორც ელექტრული, ასევე გრავიტაციული ველები წარმოიქმნება, როდესაც ფიზიკური სხეულები ცვლიან ელემენტარულ ნაწილაკებს-ენერგეტიკულ მატარებლებს, დასვენების მასის გარეშე - ფოტონებს ან გრავიტონებს, შესაბამისად. ამრიგად, გრავიტაციისა და ელექტროენერგიის ბუნებაში აშკარა განსხვავების მიუხედავად, ამ ორ ძალას ბევრი საერთო აქვს.

მეორე მნიშვნელოვანი შენიშვნა ეხება კულონის მუდმივას. როდესაც შოტლანდიელმა თეორიულმა ფიზიკოსმა ჯეიმს კლარკ მაქსველმა შეიმუშავა მაქსველის განტოლებათა სისტემა ელექტრომაგნიტური ველების ზოგადი აღწერისთვის, აღმოჩნდა, რომ კულონის მუდმივა პირდაპირ კავშირშია სინათლის სიჩქარესთან c. საბოლოოდ, ალბერტ აინშტაინმა აჩვენა, რომ c თამაშობს ფუნდამენტური მსოფლიო მუდმივის როლს ფარდობითობის თეორიის ფარგლებში. ამ გზით შეიძლება თვალყური ადევნოთ, თუ როგორ თანდათან განვითარდა თანამედროვე მეცნიერების ყველაზე აბსტრაქტული და უნივერსალური თეორიები, შთანთქავს ადრე მიღებულ შედეგებს, დაწყებული დესკტოპის ფიზიკური ექსპერიმენტების საფუძველზე გაკეთებული მარტივი დასკვნებით.
http://elementy.ru/trefil/coulomb_law
http://www.fieldphysics.ru/coulombs_law/
http://www.vnz.ru/spravki/zakon-Kulona.html

ენციკლოპედიური YouTube

1 / 5

✪ გაკვეთილი 213. ელექტრული მუხტები და მათი ურთიერთქმედება. კულონის კანონი

✪ 8 უჯრედი - 106. კულონის კანონი

✪ კულონის კანონი

✪ ფიზიკის კანონი COULOMB პრობლემის გადაჭრა

✪ გაკვეთილი 215

სუბტიტრები

ფორმულირება

ვაკუუმში ორი წერტილის მუხტის ურთიერთქმედების ძალა მიმართულია ამ მუხტების დამაკავშირებელი სწორი ხაზის გასწვრივ, პროპორციულია მათი სიდიდისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა. ეს არის მიმზიდველი ძალა, თუ მუხტების ნიშნები განსხვავებულია, და მომგერიებელი ძალა, თუ ეს ნიშნები ერთნაირია.

მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ იმისათვის, რომ კანონი იყოს ჭეშმარიტი, აუცილებელია:

1. წერტილოვანი მუხტები, ანუ დამუხტულ სხეულებს შორის მანძილი მათ ზომაზე გაცილებით დიდი უნდა იყოს. თუმცა, შეიძლება დადასტურდეს, რომ ორი მოცულობით განაწილებული მუხტის ურთიერთქმედების ძალა სფერულად სიმეტრიულ არაგადამკვეთ სივრცულ განაწილებებთან უდრის სფერული სიმეტრიის ცენტრებში მდებარე ორი ექვივალენტური წერტილის მუხტის ურთიერთქმედების ძალას;
2. მათი უძრაობა. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ძალაში შედის დამატებითი ეფექტები: მოძრავი მუხტის მაგნიტური ველი და შესაბამისი დამატებითი ძალა, რომელიც მოქმედებს სხვა მოძრავ მუხტზე;
3. მუხტების განლაგება ვაკუუმში.

თუმცა, გარკვეული კორექტირებით, კანონი ასევე მოქმედებს შუალედში მუხტების ურთიერთქმედებებზე და გადაადგილების მუხტებზე.

ვექტორული სახით, ს.კულონის ფორმულირებაში, კანონი ასე იწერება:

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))))

სადაც F → 12 (\displaystyle (\vec (F))_(12))არის ძალა, რომლითაც მუხტი 1 მოქმედებს მუხტ 2-ზე; q 1, q 2 (\displaystyle q_(1),q_(2))- ბრალდების სიდიდე; r → 12 (\displaystyle (\vec (r))_(12))- რადიუსის ვექტორი (ვექტორი მიმართულია მუხტიდან 1-დან 2-მდე და ტოლია, აბსოლუტური მნიშვნელობით, მანძილს მუხტებს შორის - r 12 (\displaystyle r_(12))); k (\displaystyle k)- პროპორციულობის კოეფიციენტი.

კოეფიციენტი კ

k = 1 ε . (\displaystyle k=(\frac (1)(\varepsilon )).) k = 1 4 π ε ε 0 . (\displaystyle k=(\frac (1)(4\pi \varepsilon \varepsilon _(0))).)

კულონის კანონი კვანტურ მექანიკაში

კულონის კანონი კვანტური ელექტროდინამიკის თვალსაზრისით

ამბავი

პირველად ელექტრული დამუხტული სხეულების ურთიერთქმედების კანონის ექსპერიმენტულად გამოსაკვლევად შემოგვთავაზა გ.-ვ.-რიჩმანმა 1752-1753 წლებში. იგი აპირებდა ამ მიზნით გამოეყენებინა მის მიერ შექმნილი „ინდიკატორი“ ელექტრომეტრი. ამ გეგმის განხორციელებას ხელი შეუშალა რიჩმანის ტრაგიკულმა სიკვდილმა.

კულონამდე დაახლოებით 11 წლით ადრე, 1771 წელს, მუხტების ურთიერთქმედების კანონი ექსპერიმენტულად აღმოაჩინა გ. კავენდიშმა, მაგრამ შედეგი არ გამოქვეყნებულა და უცნობი დარჩა დიდი ხნის განმავლობაში (100 წელზე მეტი). კევენდიშის ხელნაწერები მხოლოდ 1874 წელს გადასცა კევენდიშის ერთ-ერთმა შთამომავალმა კავენდიშის ლაბორატორიის საზეიმო გახსნაზე და გამოქვეყნდა 1879 წელს.

კულონი თავად იყო დაკავებული ძაფების ბრუნვის შესწავლით და გამოიგონა ბრუნვის ბალანსი. მან აღმოაჩინა თავისი კანონი, გამოიყენა ისინი დამუხტული ბურთების ურთიერთქმედების ძალების გასაზომად.

კულონის კანონი, სუპერპოზიციის პრინციპი და მაქსველის განტოლებები

კულონის კანონის სიზუსტის ხარისხი

კულონის კანონი ექსპერიმენტულად დადგენილი ფაქტია. მისი ვალიდობა არაერთხელ დადასტურდა უფრო და უფრო ზუსტი ექსპერიმენტებით. ასეთი ექსპერიმენტების ერთ-ერთი მიმართულებაა იმის შემოწმება, განსხვავდება თუ არა მაჩვენებლები რ 2-ის კანონში. ამ განსხვავების საძიებლად გამოიყენება ის ფაქტი, რომ თუ ხარისხი ზუსტად უდრის ორს, მაშინ დირიჟორში არ არის ველი ღრუს შიგნით, როგორიც არ უნდა იყოს ღრუს ან გამტარის ფორმა.

ასეთი ექსპერიმენტები პირველად ჩაატარა კავენდიშმა და გაიმეორა მაქსველმა გაუმჯობესებული ფორმით, მაჩვენებლის მაქსიმალური სხვაობისთვის ორი სიმძლავრის მნიშვნელობის მიღებით. 1 21600 (\displaystyle (\frac (1)(21600)))

1971 წელს შეერთებულ შტატებში E.R. Williams-ის, D.E.Voller-ის და G.A. Hill-ის მიერ ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ კულონის კანონში მაჩვენებლის მაჩვენებელი უდრის 2-ს. (3 , 1 ± 2 , 7) × 10 − 16 (\ჩვენების სტილი (3,1\pm 2,7)\ჯერ 10^(-16)) .

კულონის კანონის სიზუსტის შესამოწმებლად ატომურ დისტანციებზე, W. Yu. Lamb და R. Rutherford 1947 წელს გამოიყენეს წყალბადის ენერგიის დონეების შედარებითი მოწყობის გაზომვები. აღმოჩნდა, რომ ატომური 10 −8 სმ რიგის მანძილზეც კი, კულონის კანონში მაჩვენებლის მაჩვენებელი განსხვავდება 2-დან არაუმეტეს 10 −9-ით.

კოეფიციენტი k (\displaystyle k)კულონის კანონში მუდმივი რჩება 15⋅10 −6-მდე.

კულონის კანონის შესწორებები კვანტურ ელექტროდინამიკაში

მოკლე დისტანციებზე (კომპტონის სიგრძის-ელექტრონული ტალღის რიგით, λ e = ℏ m e c (\displaystyle \lambda _(e)=(\tfrac (\hbar )(m_(e)c)))≈3,86⋅10 −13 მ , სადაც m e (\displaystyle m_(e))არის ელექტრონის მასა, ℏ (\displaystyle \hbar)- პლანკის მუდმივი, c (\displaystyle c)- სინათლის სიჩქარე) კვანტური ელექტროდინამიკის არაწრფივი ეფექტები ხდება მნიშვნელოვანი: ვირტუალური ელექტრონ-პოზიტრონის (ისევე, როგორც მიონ-ანტიმუონისა და ტაონ-ანტიტაონის) წყვილების წარმოქმნა ზედმეტად ედება ვირტუალური ფოტონების გაცვლას და ასევე მცირდება სკრინინგის ეფექტი. (იხ. რენორმალიზაცია). ორივე ეფექტი იწვევს ექსპონენტურად კლებადი შეკვეთის ტერმინების გამოჩენას e − 2 r / λ e (\displaystyle e^(-2r/\lambda _(e)))მუხტების ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგიის გამოხატულებაში და, შედეგად, ურთიერთქმედების ძალის ზრდასთან შედარებით, რომელიც გამოითვლება კულონის კანონით.

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/\ ლამბდა _(ე))^(3/2)))\მარჯვნივ))

სადაც λ e (\displaystyle \lambda _(e))- კომპტონის ტალღის სიგრძის ელექტრონი, α = e 2 ℏ c (\displaystyle \alpha =(\tfrac (e^(2))(\hbar c)))- მუდმივი წვრილი სტრუქტურა და r ≫ λ e (\displaystyle r\gg \lambda _(e)).

შეკვეთის დისტანციებზე λ W = ℏ m w c (\displaystyle \lambda _(W)=(\tfrac (\hbar)(m_(w)c)))~ 10 −18 მ, სადაც m w (\displaystyle m_(w))არის W-ბოზონის მასა, ძალაში შედის ელექტროსუსტი ეფექტები.

ძლიერ გარე ელექტრომაგნიტურ ველებში, რომლებიც ქმნიან დაშლის ველის - ვაკუუმის მნიშვნელოვან ნაწილს (მიმდევრობით m e c 2 e λ e (\displaystyle (\tfrac (m_(e)c^(2))(e\lambda _(e))))~10 18 ვ/მ ან m e c e λ e (\displaystyle (\tfrac (m_(e)c)(e\lambda _(e))))~10 9 T, ასეთი ველები შეინიშნება, მაგალითად, ზოგიერთი ტიპის ნეიტრონული ვარსკვლავის, კერძოდ მაგნიტარების მახლობლად), კულონის კანონი ასევე ირღვევა დელბრიუკის გაცვლის ფოტონების გაფანტვის გამო გარე ველის ფოტონებზე და სხვა, უფრო რთული არაწრფივი. ეფექტები. ეს ფენომენი ამცირებს კულონის ძალას არა მხოლოდ მიკრო, არამედ მაკრო მასშტაბებში, კერძოდ, ძლიერ მაგნიტურ ველში კულონის პოტენციალი არ ეცემა მანძილის უკუპროპორციულად, არამედ ექსპონენციალურად.

კულონის კანონი და პოლარიზაციის ვაკუუმი

კულონის კანონი და ზემძიმე ბირთვები

კულონის კანონის მნიშვნელობა მეცნიერების ისტორიაში

კულონის კანონი არის პირველი ღია რაოდენობრივი და მათემატიკურად ჩამოყალიბებული ფუნდამენტური კანონი ელექტრომაგნიტური ფენომენებისთვის. კულონის კანონის აღმოჩენით დაიწყო ელექტრომაგნიტიზმის თანამედროვე მეცნიერება.

იხილეთ ასევე

ბმულები

• კულონის კანონი (ვიდეოგაკვეთილი, მე-10 კლასის პროგრამა)

შენიშვნები

1. სივუხინი D. V.ფიზიკის ზოგადი კურსი. - მ.: ფიზმატლიტი; MIPT გამომცემლობა, 2004. - ტ. III. Ელექტროობა. - S. 17. - 656გვ. - ISBN 5-9221-0227-3.
2. Landau L.D., Lifshits E.M. თეორიული ფიზიკა: სახელმძღვანელო. შემწეობა:  უნივერსიტეტებისთვის. V 10 t. T. 2 სფეროს თეორია. - მე-8 გამოცემა, სტერეო. - M.: FIZMATLIT, 2001. - 536გვ. -