Se știe că fiecare corp încărcat are un câmp electric. De asemenea, se poate argumenta că, dacă există un câmp electric, atunci există un corp încărcat căruia îi aparține acest câmp. Deci, dacă în apropiere există două corpuri încărcate cu sarcini electrice, atunci putem spune că fiecare dintre ele se află în câmpul electric al unui corp vecin. Și în acest caz, forța va acționa asupra primului corp

F 1 =q 1E2,

Unde q 1 este sarcina primului corp; E 2- intensitatea câmpului celui de-al doilea corp. Pe cel de-al doilea corp, respectiv, va actiona forta

F 2 =q2E 1 ,

Unde q2 este sarcina primului corp; E 1- intensitatea câmpului celui de-al doilea corp.

Un corp încărcat electric interacționează cu câmpul electric al altui corp încărcat.

Dacă aceste corpuri sunt mici (ca punct), atunci

E 1 =k . q 1 / r 2 ,

E 2 =k .q 2 /r2,

Forțele care acționează asupra fiecăruia dintre corpurile încărcate care interacționează pot fi calculate cunoscând doar sarcinile acestora și distanța dintre ele.

Înlocuiți valorile tensiunii și obțineți

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

Valoarea fiecărei forțe se exprimă numai prin valoarea sarcinilor fiecărui corp și distanța dintre ele. Astfel, este posibil să se determine forțele care acționează asupra fiecărui corp folosind doar cunoașterea sarcinilor electrice ale corpurilor și a distanței dintre acestea. Pe această bază, poate fi formulată una dintre legile fundamentale ale electrodinamicii - legea lui Coulomb.

legea lui Coulomb . Forța care acționează asupra unui corp punct fix cu sarcină electrică în câmpul altui corp punct fix cu sarcină electrică este proporțională cu produsul valorilor sarcinilor acestora și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.

În termeni generali, semnificația forței la care se face referire în formular legea lui Coulomb, se poate scrie astfel:

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

În formula de calcul a forței de interacțiune, sunt scrise valorile sarcinilor ambelor corpuri. Prin urmare, putem concluziona că ambele forțe sunt egale ca modul. Cu toate acestea, în direcție sunt opuse. Dacă încărcăturile corpurilor sunt cu același nume, corpurile se resping reciproc (Fig. 4.48). Dacă sarcinile corpurilor sunt diferite, atunci corpurile sunt atrase (Fig. 4.49). În sfârșit, puteți scrie:

F̅ 1 = -F̅ 2 .

Egalitatea înregistrată confirmă validitatea legii a III-a a dinamicii lui Newton pentru interacțiunile electrice. Prin urmare, într-una din formulările comune legea lui Coulomb spune ca

forța de interacțiune între două corpuri punctiforme încărcate este proporțională cu produsul valorilor sarcinilor lor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.

Dacă corpurile încărcate sunt într-un dielectric, atunci forța de interacțiune va depinde de permisivitatea acestui dielectric.

F=k .q 1q 2 /ε r2.

Pentru comoditatea calculelor bazate pe legea Coulomb, valoarea coeficientului k scris diferit:

k = 1 / 4πε 0 .

Valoare ε 0 numit constantă electrică. Valoarea sa este calculată conform definiției:

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

ε 0 = (1 / 4π) . nouă . 10 9 N.m 2 / C 2 \u003d 8,85. 10-12 C2/N.m2. material de pe site

Prin urmare, legea lui Coulombîn cazul general, poate fi exprimat prin formula

F= (1 / 4π ε 0 ). q 1 q 2 / ε r 2 .

legea lui Coulomb este una dintre legile fundamentale ale naturii. Toată electrodinamica se bazează pe aceasta și nu a fost observat niciun caz când legea lui Coulomb. Există o singură restricție care privește acțiunea legea lui Coulomb la diferite distante. Se crede că legea lui Coulomb operează la distanțe mai mari de 10 -16 m și mai mici de câțiva kilometri.

La rezolvarea problemelor, este necesar să se țină cont de faptul că legea lui Coulomb se referă la forțele de interacțiune ale corpurilor punctuale încărcate nemișcate. Acest lucru reduce toate problemele la probleme legate de interacțiunea corpurilor încărcate nemișcate, în care sunt utilizate două poziții de statică:

1. rezultanta tuturor forțelor care acționează asupra corpului este zero;
2. suma momentelor forțelor este egală cu zero.

În marea majoritate a sarcinilor pentru aplicație legea lui Coulomb este suficient sa tinem cont doar de prima pozitie.

Pe această pagină, material pe teme:

• Scrieți formula legii lui Coulomb

• Legea lui Coulomb abstractă

• Raport de fizică pe tema legea lui Coulomb

• În electrostatică, legea lui Coulomb este una dintre cele fundamentale. Este folosit în fizică pentru a determina forța de interacțiune între două sarcini cu punct fix sau distanța dintre ele. Este o lege fundamentală a naturii care nu depinde de alte legi. Atunci forma corpului real nu afectează mărimea forțelor. În acest articol, vom explica în termeni simpli legea lui Coulomb și aplicarea ei în practică.

  Istoria descoperirilor

  Sh.O. Coulomb în 1785 a demonstrat pentru prima dată experimental interacțiunile descrise de lege. În experimentele sale, a folosit o balanță specială de torsiune. Cu toate acestea, în 1773, Cavendish a demonstrat, folosind exemplul unui condensator sferic, că nu există un câmp electric în interiorul sferei. Acest lucru sugerează că forțele electrostatice se modifică în funcție de distanța dintre corpuri. Pentru a fi mai precis - pătratul distanței. Apoi cercetarea lui nu a fost publicată. Din punct de vedere istoric, această descoperire a fost numită după Coulomb, iar cantitatea în care este măsurată sarcina are un nume similar.

  Cuvântare

  Definiția legii lui Coulomb este: în vidInteracțiunea F a două corpuri încărcate este direct proporțională cu produsul modulelor lor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.

  Sună scurt, dar poate să nu fie clar pentru toată lumea. Cu cuvinte simple: Cu cât corpurile au mai multă sarcină și cu cât sunt mai aproape unele de altele, cu atât forța este mai mare.

  Si invers: Dacă măriți distanța dintre sarcini - forța va deveni mai mică.

  Formula pentru regula lui Coulomb arată astfel:

  Desemnarea literelor: q - valoarea de încărcare, r - distanța dintre ele, k - coeficient, depinde de sistemul de unități ales.

  Valoarea sarcinii q poate fi condiționat pozitivă sau condiționat negativă. Această împărțire este foarte condiționată. Când corpurile intră în contact, acesta poate fi transmis de la unul la altul. Rezultă că același corp poate avea o sarcină de mărime și semn diferit. O sarcină punctiformă este o astfel de sarcină sau un corp ale cărui dimensiuni sunt mult mai mici decât distanța de interacțiune posibilă.

  Trebuie avut în vedere faptul că mediul în care sunt situate încărcăturile afectează interacțiunea F. Deoarece este aproape egal în aer și în vid, descoperirea lui Coulomb este aplicabilă doar pentru aceste medii, aceasta este una dintre condițiile pentru aplicarea acestui tip de formulă. După cum sa menționat deja, în sistemul SI, unitatea de sarcină este Coulomb, prescurtat ca Cl. Caracterizează cantitatea de energie electrică pe unitatea de timp. Este o derivată a unităților SI de bază.

  1 C = 1 A * 1 s

  Trebuie remarcat faptul că dimensiunea lui 1 C este redundantă. Datorită faptului că purtătorii se resping unul pe altul, este dificil să le păstrezi într-un corp mic, deși curentul de 1A în sine este mic dacă curge într-un conductor. De exemplu, în aceeași lampă cu incandescență de 100 W, curge un curent de 0,5 A, iar într-un încălzitor electric și mai mult de 10 A. O astfel de forță (1 C) este aproximativ egală cu forța care acționează asupra unui corp cu o masă de 1 t din partea globului.

  Poate ați observat că formula este aproape aceeași ca în interacțiunea gravitațională, doar dacă în mecanica newtoniană apar mase, atunci în electrostatică apar sarcinile.

  Formula lui Coulomb pentru un mediu dielectric

  Coeficientul, ținând cont de valorile sistemului SI, este determinat în N 2 *m 2 /Cl 2. Este egal cu:

  În multe manuale, acest coeficient poate fi găsit sub forma unei fracții:

  Aici E 0 \u003d 8,85 * 10-12 C2 / N * m2 este o constantă electrică. Pentru un dielectric, se adaugă E - constanta dielectrică a mediului, apoi legea Coulomb poate fi folosită pentru a calcula forțele de interacțiune a sarcinilor pentru vid și mediu.

  Ținând cont de influența dielectricului, acesta are forma:

  De aici vedem că introducerea unui dielectric între corpuri reduce forța F.

  Cum sunt direcționate forțele?

  Sarcinile interacționează între ele în funcție de polaritatea lor - aceleași sarcini se resping, iar opusul (opusul) se atrage.

  Apropo, aceasta este principala diferență față de o lege similară a interacțiunii gravitaționale, în care corpurile se atrag întotdeauna. Forțele direcționate de-a lungul unei linii trasate între ele se numesc vector rază. În fizică, este notat ca r 12 și ca un vector cu rază de la prima la a doua sarcină și invers. Forțele sunt direcționate de la centrul sarcinii către sarcina opusă de-a lungul acestei linii dacă sarcinile sunt opuse și în sens opus dacă sunt cu același nume (două pozitive sau două negative). În formă vectorială:

  Forța aplicată primei sarcini de la a doua se notează cu F 12. Apoi, sub formă vectorială, legea lui Coulomb arată astfel:

  Pentru a determina forța aplicată celei de-a doua sarcini, sunt utilizate denumirile F 21 și R 21.

  Dacă corpul are o formă complexă și este suficient de mare încât, la o anumită distanță, să nu poată fi considerat punct, atunci este împărțit în secțiuni mici și fiecare secțiune este considerată ca o sarcină punctuală. După adăugarea geometrică a tuturor vectorilor rezultați, se obține forța rezultată. Atomii și moleculele interacționează între ele conform aceleiași legi.

  Aplicare în practică

  Lucrările lui Coulomb sunt foarte importante în electrostatică; în practică, ele sunt utilizate într-o serie de invenții și dispozitive. Un exemplu izbitor este paratrăsnetul. Cu ajutorul acestuia, ele protejează clădirile și instalațiile electrice de furtuni, prevenind astfel incendiul și defecțiunile echipamentelor. Când plouă cu furtună, pe pământ apare o sarcină indusă de mare magnitudine, ei sunt atrași spre nor. Se pare că pe suprafața pământului apare un câmp electric mare. În apropierea vârfului paratrăsnetului, are o valoare mare, în urma căreia se aprinde o descărcare corona din vârf (de la sol, prin paratrăsnet până în nor). Sarcina de la sol este atrasă de sarcina opusă a norului, conform legii lui Coulomb. Aerul este ionizat, iar intensitatea câmpului electric scade aproape de capătul paratrăsnetului. Astfel, încărcăturile nu se acumulează pe clădire, caz în care probabilitatea unui fulger este mică. Dacă are loc o lovitură asupra clădirii, atunci prin paratrăsnet toată energia va intra în pământ.

  În cercetările științifice serioase, se folosește cea mai mare construcție a secolului 21 - acceleratorul de particule. În el, câmpul electric face munca de creștere a energiei particulei. Considerând aceste procese din punct de vedere al impactului asupra unei taxe punctuale de către un grup de taxe, atunci toate raporturile legii se dovedesc a fi valabile.

  Util

  Ca rezultat al observațiilor îndelungate, oamenii de știință au descoperit că corpurile încărcate opus se atrag, iar corpurile încărcate se resping reciproc. Aceasta înseamnă că forțele de interacțiune apar între corpuri. Fizicianul francez C. Coulomb a investigat experimental modelele de interacțiune ale bilelor metalice și a constatat că forța de interacțiune între două sarcini electrice punctuale va fi direct proporțională cu produsul acestor sarcini și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele:

  Unde k este un coeficient de proporționalitate, în funcție de alegerea unităților de măsură ale mărimilor fizice care sunt incluse în formulă, precum și de mediul în care sunt situate sarcinile electrice q 1 și q 2. r este distanța dintre ele.

  Din aceasta putem trage concluzia că legea lui Coulomb va fi valabilă doar pentru sarcini punctiforme, adică pentru astfel de corpuri ale căror dimensiuni pot fi complet neglijate în comparație cu distanțele dintre ele.

  În formă vectorială, legea lui Coulomb va arăta astfel:

  Unde q 1 și q 2 sunt sarcini, iar r este vectorul rază care le conectează; r = |r|.

  Forțele care acționează asupra sarcinilor se numesc forțe centrale. Ele sunt direcționate de-a lungul unei linii drepte care leagă aceste sarcini, iar forța care acționează din sarcina q 2 asupra sarcinii q 1 este egală cu forța care acționează din sarcina q 1 asupra sarcinii q 2 și opus în semn.

  Pentru măsurarea mărimilor electrice se pot folosi două sisteme numerice - sistemul SI (de bază) și uneori sistemul CGS.

  În sistemul SI, una dintre marimile electrice principale este unitatea de putere a curentului - amperul (A), apoi unitatea de sarcină electrică va fi derivata acesteia (exprimată în termeni de unitatea de putere a curentului). Unitatea de încărcare SI este pandantivul. 1 pandantiv (C) este cantitatea de „electricitate” care trece prin secțiunea transversală a conductorului în 1 s la un curent de 1 A, adică 1 C = 1 A s.

  Coeficientul k din formula 1a) din SI se ia egal cu:

  Și legea lui Coulomb poate fi scrisă în așa-numita formă „raționalizată”:

  Multe ecuații care descriu fenomene magnetice și electrice conțin factorul 4π. Cu toate acestea, dacă acest factor este introdus în numitorul legii lui Coulomb, atunci va dispărea din majoritatea formulelor de magnetism și electricitate, care sunt foarte des folosite în calculele practice. Această formă de scriere a ecuației se numește raționalizată.

  Valoarea lui ε 0 în această formulă este o constantă electrică.

  Unitățile de bază ale sistemului CGS sunt unitățile mecanice CGS (gram, secundă, centimetru). Noile unități de bază în plus față de cele trei de mai sus nu sunt introduse în sistemul CGS. Se presupune că coeficientul k din formula (1) este unitar și fără dimensiune. În consecință, legea lui Coulomb într-o formă neraționalizată va avea forma:

  În sistemul CGS, forța este măsurată în dine: 1 dină \u003d 1 g cm / s 2, iar distanța este în centimetri. Să presupunem că q \u003d q 1 \u003d q 2, atunci din formula (4) obținem:

  Dacă r = 1 cm și F = 1 dină, atunci această formulă implică faptul că în sistemul CGS, o sarcină punctiformă este luată ca unitate de sarcină, care (în vid) acționează asupra unei sarcini egale situată la o distanță de 1 cm. din ea, cu o forta de 1 din. O astfel de unitate de sarcină se numește unitatea electrostatică absolută a cantității de electricitate (sarcină) și se notează cu CGS q. Dimensiunea sa:

  Pentru a calcula valoarea lui ε 0 , să comparăm expresiile pentru legea lui Coulomb scrise în sistemele SI și CGS. Două sarcini punctuale de 1 C fiecare, care se află la o distanță de 1 m una de alta, vor interacționa cu o forță (conform formulei 3):

  În GHS, această forță va fi egală cu:

  Puterea interacțiunii dintre două particule încărcate depinde de mediul în care sunt situate. Pentru a caracteriza proprietățile electrice ale diferitelor medii, a fost introdus conceptul de permitivitate relativă ε.

  Valoarea lui ε este o valoare diferită pentru diferite substanțe - pentru feroelectrice, valoarea sa se află în intervalul 200 - 100.000, pentru substanțele cristaline de la 4 la 3000, pentru sticlă de la 3 la 20, pentru lichidele polare de la 3 la 81, pentru lichide nepolare de la 1, 8 la 2,3; pentru gaze de la 1.0002 la 1.006.

  Constanta dielectrică (relativă) depinde și de temperatura ambiantă.

  Dacă luăm în considerare permisivitatea mediului în care sunt plasate sarcinile, în SI legea lui Coulomb ia forma:

  Permitivitatea ε este o mărime adimensională și nu depinde de alegerea unităților de măsură, iar pentru vid este considerată egală cu ε = 1. Atunci pentru vid legea Coulomb ia forma:

  Împărțind expresia (6) la (5) obținem:

  În consecință, permisivitatea relativă ε arată de câte ori forța de interacțiune dintre sarcinile punctuale dintr-un mediu care se află la o distanță r una față de alta este mai mică decât în ​​vid, la aceeași distanță.

  Pentru împărțirea electricității și magnetismului, sistemul CGS este uneori numit sistem Gaussian. Înainte de apariția sistemului CGS, sistemele CGSE (CGS electric) erau în funcțiune pentru măsurarea mărimilor electrice și CGSM (CGS magnetic) pentru măsurarea mărimilor magnetice. În prima unitate egală s-a luat constanta electrică ε 0, iar a doua, constanta magnetică μ 0 .

  În sistemul CGS, formulele de electrostatică coincid cu formulele corespunzătoare ale CGSE, iar formulele de magnetism, cu condiția să conțină numai cantități magnetice, cu formulele corespunzătoare din CGSM.

  Dar dacă ecuația conține simultan atât mărimi magnetice, cât și electrice, atunci această ecuație, scrisă în sistemul gaussian, va diferi de aceeași ecuație, dar scrisă în sistemul CGSM sau CGSE, cu factorul 1/s sau 1/s 2. Valoarea c este egală cu viteza luminii (c = 3·10 10 cm/s) se numește constantă electrodinamică.

  Legea lui Coulomb în sistemul CGS va avea forma:

  Exemplu

  Pe două picături de ulei absolut identice, lipsește un electron. Forța de atracție newtoniană este echilibrată de forța de repulsie coulombiană. Este necesar să se determine razele picăturilor dacă distanța dintre ele depășește semnificativ dimensiunile lor liniare.

  Decizie

  Deoarece distanța dintre picăturile r este mult mai mare decât dimensiunile lor liniare, picăturile pot fi luate ca sarcini punctuale și atunci forța de repulsie a lui Coulomb va fi egală cu:

  Unde e este sarcina pozitivă a picăturii de ulei, egală cu sarcina electronului.

  Forța de atracție newtoniană poate fi exprimată prin formula:

  Unde m este masa picăturii și γ este constanta gravitațională. Conform condiției problemei F k \u003d F n, prin urmare:

  Masa picăturii se exprimă prin produsul dintre densitatea ρ și volumul V, adică m = ρV, iar volumul căderii de rază R este egal cu V = (4/3)πR 3 , din care obtinem:

  În această formulă se cunosc constantele π, ε 0 , γ; ε = 1; De asemenea, este cunoscută sarcina electronului e \u003d 1,6 10 -19 C și densitatea uleiului ρ \u003d 780 kg / m 3 (date de referință). Înlocuind valorile numerice în formulă, obținem rezultatul: R = 0,363 10 -7 m.

  Interacțiunea sarcinilor electrice este descrisă de legea lui Coulomb, care spune că forța de interacțiune a două sarcini punctiforme în repaus în vid este egală cu

  unde mărimea se numește constantă electrică, dimensiunea mărimii se reduce la raportul dintre dimensiunea lungimii și dimensiunea capacității electrice (Farad). Sarcinile electrice sunt de două tipuri, care se numesc în mod convențional pozitive și negative. După cum arată experiența, taxele se atrag dacă au același nume și se resping dacă sunt cu același nume.

  Orice corp macroscopic conține o cantitate imensă de sarcini electrice, deoarece fac parte din toți atomii: electronii sunt încărcați negativ, protonii care formează nucleele atomice sunt încărcați pozitiv. Cu toate acestea, majoritatea corpurilor cu care avem de-a face nu sunt încărcate, deoarece numărul de electroni și protoni care formează atomii este același, iar sarcinile lor sunt exact aceleași în valoare absolută. Cu toate acestea, corpurile pot fi încărcate prin crearea unui exces sau deficiență de electroni în ele în comparație cu protonii. Pentru a face acest lucru, trebuie să transferați electronii care fac parte dintr-un corp într-un alt corp. Atunci primul va avea o lipsă de electroni și, în consecință, o sarcină pozitivă, al doilea va avea o sarcină negativă. Astfel de procese apar, în special, atunci când corpurile se freacă unele de altele.

  Dacă sarcinile sunt într-un mediu care ocupă întregul spațiu, atunci forța interacțiunii lor este slăbită în comparație cu forța interacțiunii lor în vid, iar această slăbire nu depinde de mărimea sarcinilor și de distanța dintre ele, ci depinde doar de proprietățile mediului. Caracteristica mediului, care arată de câte ori este slăbită forța de interacțiune a sarcinilor în acest mediu în comparație cu forța interacțiunii lor în vid, se numește constanta dielectrică a acestui mediu și, de regulă, se notează cu scrisoare. Formula Coulomb într-un mediu cu permitivitate ia forma

  Dacă nu există două, ci mai multe sarcini punctuale, pentru a găsi forțele care acționează în acest sistem, se folosește o lege, care se numește principiul suprapunerea 1. Principiul suprapunerii prevede că pentru a găsi forța care acționează asupra uneia dintre sarcini (de exemplu, asupra unei sarcini) într-un sistem de trei sarcini punctiforme, trebuie să faceți următoarele. În primul rând, trebuie să eliminați mental sarcina și, conform legii lui Coulomb, să găsiți forța care acționează asupra încărcăturii din sarcina rămasă. Apoi ar trebui să eliminați încărcătura și să găsiți forța care acționează asupra încărcăturii din partea încărcăturii. Suma vectorială a forțelor obținute va da forța dorită.

  Principiul suprapunerii oferă o rețetă pentru găsirea forței de interacțiune a corpurilor încărcate nepunctual. Este necesar să împărțim mental fiecare corp în părți care pot fi considerate părți punctuale, conform legii Coulomb, găsiți puterea interacțiunii lor cu părțile punctuale în care este împărțit al doilea corp, însumați vectorii rezultați. Este clar că o astfel de procedură este foarte complicată din punct de vedere matematic, fie și doar pentru că este necesară adăugarea unui număr infinit de vectori. În analiza matematică s-au dezvoltat metode pentru o astfel de însumare, dar nu sunt incluse în cursul de fizică școlară. Prin urmare, dacă apare o astfel de problemă, atunci însumarea în ea ar trebui să fie efectuată cu ușurință pe baza anumitor considerații de simetrie. De exemplu, din procedura de însumare descrisă rezultă că forța care acționează asupra unei sarcini punctiforme plasate în centrul unei sfere încărcate uniform este egală cu zero.

  În plus, elevul trebuie să cunoască (fără derivare) formula forței care acționează asupra unei sarcini punctiforme dintr-o sferă încărcată uniform și un plan infinit. Dacă există o sferă cu rază , încărcată uniform cu o sarcină , și o sarcină punctiformă situată la o distanță de centrul sferei, atunci mărimea forței de interacțiune este

  dacă sarcina este în interior (și nu neapărat în centru). Din formulele (17.4), (17.5) rezultă că sfera din exterior creează același câmp electric ca toată sarcina ei plasată în centru, iar în interior - zero.

  Dacă există un plan foarte mare cu o zonă încărcată uniform cu o sarcină și o sarcină punctiformă, atunci forța interacțiunii lor este egală cu

  unde valoarea are semnificația densității de sarcină de suprafață a planului. După cum rezultă din formula (17.6), forța de interacțiune dintre o sarcină punctiformă și un plan nu depinde de distanța dintre ele. Să atragem atenția cititorului asupra faptului că formula (17.6) este aproximativă și „funcționează” cu atât mai precis, cu atât sarcina punctiformă este mai îndepărtată de marginile sale. Prin urmare, atunci când se utilizează formula (17.6), se spune adesea că este valabilă în cadrul neglijării „efectelor de margine”, i.e. când planul este considerat infinit.

  Luați în considerare acum soluția datelor din prima parte a cărții cu probleme.

  Conform legii lui Coulomb (17.1), mărimea forței de interacțiune a două sarcini de la sarcini 17.1.1 se exprimă prin formula

  Încărcăturile se resping reciproc (răspuns 2 ).

  Pentru că o picătură de apă sarcini 17.1.2 are o sarcină (este sarcina unui proton), apoi are un exces de electroni în comparație cu protoni. Aceasta înseamnă că atunci când se pierd trei electroni, excesul lor va scădea, iar sarcina picăturii va deveni egală (răspunsul este 2 ).

  Conform legii lui Coulomb (17.1), mărimea forței de interacțiune a două sarcini cu o creștere a distanței dintre ele va scădea cu un factor de ( sarcina 17.1.3- Răspuns 4 ).

  Dacă sarcinile a două corpuri punctiforme sunt mărite cu un factor cu o distanță constantă între ele, atunci forța interacțiunii lor, după cum rezultă din legea lui Coulomb (17.1), va crește cu un factor ( sarcina 17.1.4- Răspuns 3 ).

  Cu o creștere a unei sarcini de 2 ori, iar a doua de 4 ori, numărătorul legii Coulomb (17.1) crește de 8 ori, iar cu o creștere a distanței dintre sarcini de 8 ori, numitorul crește de 64 de ori. Prin urmare, forța de interacțiune a sarcinilor din sarcini 17.1.5 va scădea de 8 ori (răspuns 4 ).

  Când spațiul este umplut cu un mediu dielectric cu constantă dielectrică = 10, forța de interacțiune a sarcinilor conform legii Coulomb în mediu (17.3) va scădea de 10 ori ( sarcina 17.1.6- Răspuns 2 ).

  Forța interacțiunii Coulomb (17.1) acționează atât asupra primei sarcini, cât și asupra celei de-a doua, iar din moment ce masele lor sunt aceleași, accelerațiile sarcinilor, după cum rezultă din a doua lege a lui Newton, sunt aceleași în orice moment ( sarcina 17.1.7- Răspuns 3 ).

  O problemă similară, dar masele bilelor sunt diferite. Prin urmare, cu aceeași forță, accelerația unei bile cu o masă mai mică este de 2 ori mai mare decât accelerația unei bile cu o masă mai mică, iar acest rezultat nu depinde de valorile sarcinilor bilelor ( sarcina 17.1.8- Răspuns 2 ).

  Deoarece electronul este încărcat negativ, el va fi respins de minge ( sarcina 17.1.9). Dar, deoarece viteza inițială a electronului este către minge, se va deplasa în acea direcție, dar viteza sa va scădea. La un moment dat, se va opri pentru o clipă, apoi se va îndepărta de minge cu viteză crescândă (răspunsul este 4 ).

  Într-un sistem de două bile încărcate legate printr-un fir ( sarcina 17.1.10), doar forțele interne acționează. Prin urmare, sistemul va fi în repaus, iar pentru a găsi forța de întindere a firului, putem folosi condițiile de echilibru pentru bile. Deoarece asupra fiecăreia dintre ele acționează numai forța Coulomb și forța de tensiune a firului, concluzionăm din condiția de echilibru că aceste forțe sunt egale ca mărime.

  Această valoare va fi egală cu forța de tensionare a firelor (răspunsul 4 ). Observăm că luarea în considerare a condiției de echilibru pentru sarcina centrală nu ar ajuta la găsirea forței de întindere, dar ar conduce la concluzia că forțele de întindere ale firelor sunt aceleași (totuși, această concluzie este deja evidentă datorită simetriei problema).

  Pentru a găsi forța care acționează asupra unei sarcini - în sarcina 17.2.2, folosim principiul suprapunerii. Pe sarcină - forțele de atracție a sarcinilor din stânga și din dreapta acționează (vezi figura). Deoarece distanțele de la sarcină - la sarcini sunt aceleași, modulele acestor forțe sunt egale între ele și sunt îndreptate în aceleași unghiuri față de linia dreaptă care leagă sarcina - cu mijlocul segmentului -. Prin urmare, forța care acționează asupra sarcinii este îndreptată vertical în jos (vectorul forță rezultat este evidențiat cu caractere aldine în figură; răspunsul este 4 ).

  (Răspuns 3 ).

  Din formula (17.6) concluzionăm că răspunsul corect în sarcina 17.2.5 - 4 . LA sarcina 17.2.6 trebuie să utilizați formula pentru forța de interacțiune a unei sarcini punctiforme și a unei sfere (formulele (17.4), (17.5)). Avem = 0 (răspuns 3 ).

  LA sarcina 17.2.7 este necesar să se aplice principiul suprapunerii la două sfere. Principiul suprapunerii prevede că interacțiunea fiecărei perechi de sarcini nu depinde de prezența altor sarcini. Prin urmare, fiecare sferă acționează asupra unei sarcini punctiforme independent de cealaltă sferă și pentru a găsi forța rezultată, trebuie să adăugați forțele din prima și a doua sferă. Deoarece sarcina punctiformă este situată în interiorul sferei exterioare, nu acționează asupra acesteia (vezi formula (17.5)), cea interioară acționează cu forța

  Unde . Prin urmare, forța rezultată este egală cu această expresie (răspunsul 2 )

  LA sarcina 17.2.8 ar trebui să se folosească și principiul suprapunerii. Dacă sarcina este plasată în punctul , atunci forțele care acționează asupra ei din partea sarcinilor și sunt îndreptate spre stânga. Prin urmare, conform principiului suprapunerii, avem pentru forța rezultantă

  unde sunt distanţele de la sarcini până la punctele studiate. Dacă plasăm o sarcină pozitivă într-un punct , atunci forțele vor fi direcționate invers, iar pe baza principiului suprapunerii, găsim forța rezultată.

  Din aceste formule rezultă că cea mai mare forță va fi în punctul - răspunsul 1 .

  Lăsați, pentru certitudine, încărcările mingilor și înăuntru sarcina 17.2.9 sunt pozitive. Deoarece bilele sunt aceleași, sarcinile după conexiunea lor sunt distribuite uniform între ele și pentru a compara forțele, trebuie să comparați valorile între ele.

  care sunt produsele încărcăturilor bilelor înainte și după conectarea lor. După extragerea rădăcinii pătrate, comparația (1) se reduce la compararea mediei geometrice și a mediei aritmetice a două numere. Și deoarece media aritmetică a oricăror două numere este mai mare decât media lor geometrică, forța de interacțiune a bilelor va crește indiferent de mărimea sarcinilor lor (răspunsul este 1 ).

  Sarcina 17.2.10 foarte asemănător cu precedentul, dar răspunsul este diferit. Prin verificare directă, este ușor de verificat că forța poate fie să crească, fie să scadă în funcție de mărimea sarcinilor. De exemplu, dacă sarcinile sunt egale ca mărime, atunci după ce bilele sunt conectate, sarcinile lor vor deveni egale cu zero, deci și forța interacțiunii lor va fi zero, care, prin urmare, va scădea. Dacă una dintre sarcinile inițiale este egală cu zero, atunci după contactul bilelor, sarcina uneia dintre ele va fi distribuită în mod egal între bile, iar forța interacțiunii lor va crește. Deci răspunsul corect pentru această problemă este 3 .

  Legea de bază a interacțiunii sarcinilor electrice a fost găsită de Charles Coulomb în 1785 experimental. Coulomb a descoperit asta forța de interacțiune dintre două bile mici de metal încărcate este invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele și depinde de mărimea sarcinilor și:

  Unde - factor de proporționalitate .

  Forțele care acționează asupra acuzațiilor, sunteți central , adică sunt direcționate de-a lungul liniei drepte care leagă sarcinile.

  legea lui Coulomb poate fi scris sub formă de vector:,

  Unde - vectorul forței care acționează asupra sarcinii din partea acesteia,

  Vector de rază care conectează sarcina la sarcină;

  Modulul vector al razei.

  Forța care acționează asupra sarcinii din lateral este egală cu.

  Legea lui Coulomb sub această formă

  corect numai pentru interacțiunea sarcinilor electrice punctuale, adică astfel de corpuri încărcate, ale căror dimensiuni liniare pot fi neglijate în comparație cu distanța dintre ele.

  exprimă puterea interacțiuniiîntre sarcini electrice fixe, adică aceasta este legea electrostatică.

  Formularea legii lui Coulomb:

  Puterea interacțiunii electrostatice între două sarcini electrice punctuale este direct proporțională cu produsul mărimilor sarcinilor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele..

  Factorul de proporționalitateîn legea lui Coulomb depinde

  din proprietățile mediului

  selectarea unităților de măsură pentru cantitățile incluse în formulă.

  Prin urmare, se poate reprezenta relația

  Unde - coeficient în funcţie doar de alegerea sistemului de unităţi;

  Se numește mărimea adimensională care caracterizează proprietățile electrice ale mediului permisivitatea relativă a mediului . Nu depinde de alegerea sistemului de unități și este egal cu unul în vid.

  Atunci legea lui Coulomb ia forma:

  pentru vid,

  apoi - permitivitatea relativă a unui mediu arată de câte ori într-un mediu dat forța de interacțiune între două sarcini electrice punctuale și situate la distanță una de cealaltă este mai mică decât în ​​vid.

  În sistemul SI coeficient și

  Legea lui Coulomb are forma:.

  Aceasta este notarea raționalizată a legii K oolon.

  Constanta electrica, .

  În sistemul GSSE ,.

  În formă vectorială, legea lui Coulomb ia forma

  Unde - vectorul forței care acționează asupra sarcinii din partea acesteia ,

  Vector de rază care conectează sarcina la sarcină

  r este modulul vectorului rază .

  Orice corp încărcat este format din mai multe sarcini electrice punctuale, astfel încât forța electrostatică cu care un corp încărcat acționează asupra altuia este egală cu suma vectorială a forțelor aplicate tuturor sarcinilor punctiforme ale celui de-al doilea corp din fiecare sarcină punctuală a primului corp.

  1.3 Câmp electric. Tensiune.

  Spaţiu,în care există o sarcină electrică, are anumite proprietăți fizice.

  Pentru toti o alta sarcina introdusă în acest spațiu este acționată de forțele electrostatice coulombiene.

  Dacă o forță acționează în fiecare punct din spațiu, atunci spunem că există un câmp de forță în acest spațiu.

  Câmpul, împreună cu materia, este o formă a materiei.

  Dacă câmpul este staționar, adică nu se modifică în timp și este creat de sarcini electrice staționare, atunci un astfel de câmp se numește electrostatic.

  Electrostatica studiază doar câmpurile electrostatice și interacțiunile sarcinilor fixe.

  Pentru a caracteriza câmpul electric se introduce conceptul de intensitate . tensiuneu în fiecare punct al câmpului electric se numește vector, egal numeric cu raportul dintre forța cu care acest câmp acționează asupra unei sarcini pozitive de test plasate într-un punct dat și mărimea acestei sarcini, și îndreptată în direcția forta.

  acuzație de proces, care este introdus în câmp, se presupune a fi un punct și este adesea numit o sarcină de testare.

  - El nu participă la crearea câmpului, care se măsoară cu el.

  Se presupune că această taxă nu denaturează domeniul studiat, adică este suficient de mic și nu provoacă o redistribuire a taxelor care creează câmpul.

  Dacă câmpul acționează asupra unei sarcini punct de testare prin forță, atunci tensiunea.

  Unități de tensiune:

  În sistemul SI expresie pentru câmpul unei sarcini punctuale:

  În formă vectorială:

  Iată vectorul rază extras din sarcină q, care creează un câmp, la un punct dat.

  Prin urmare, vectori de intensitate a câmpului electric ai unei sarcini punctualeq în toate punctele câmpurile sunt îndreptate radial(fig.1.3)

  - din sarcina, daca este pozitiva, "sursa"

  - si la sarcina daca este negativa"stoc"

  Pentru interpretare grafică se injectează câmp electric conceptul de linie de forță saulinii de tensiune . Aceasta este

  curba , tangenta în fiecare punct la care coincide cu vectorul intensitate.

  Linia de tensiune începe cu o sarcină pozitivă și se termină cu una negativă.

  Liniile de tensiune nu se intersectează, deoarece în fiecare punct al câmpului vectorul de tensiune are o singură direcție.