Надо Знать

добавить знаний



Закон Кулона



План:


Введение

CoulombsLaw.svg
Крутильные весы Кулона

Закон Кулона - один из основных законов электростатики, определяющий величину и направление силы взаимодействия между двумя неподвижными [1] точечными зарядами. Экспериментально с удовлетворительной точностью был впервые доказан Генри Кавендиш в 1773, который использовал метод сферического конденсатора, но его работы не были опубликованы. В 1785 году закон был установлен Шарль Кулон с помощью специальных крутильных весов [2].


1. Определение

Электростатическая сила взаимодействия F 12 двух точечных неподвижных зарядов q 1 и q 2 в вакууме прямо пропорциональна произведению абсолютных значений зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния r 12 между ними.
F_ {12} = k \ cdot \ frac {q_1 \ cdot q_2} {r_ {12} ^ 2} ,

в векторной форме:

\ Mathbf {F_ {12}} = k \ cdot \ frac {q_1 \ cdot q_2} {r ^ 3_ {12}} \ mathbf {r_ {12}} ,

Сила взаимодействия направлена ​​вдоль прямой, соединяющей заряды, причем одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Силы, которые определяются законом Кулона аддитивные.

Коэффициент пропорциональности k называется электростатической постоянной и зависит от выбора единиц измерения. Так в Международной системе единиц СИ k = 1 / (4πε 0) ≈ 8,987742438 ? 10 9 Н ? м 2 ? Кл -2, где \ Varepsilon_0 - электрическая постоянная. В системе СГС Г единица измерения заряда выбрана таким образом, что k = 1.

Такие условия являются необходимыми для выполнения сформулированного закона:

  1. Точковисть зарядов - расстояние между заряженными телами должно быть намного больше размеров тел.
  2. Недвижимость зарядов. В противном случае нужно учитывать магнитное поле заряда, что движется.

В однородном изотропном среде сила взаимодействия между зарядами уменьшается в ε раз: k = \ frac {1} {4 \ pi \ varepsilon_0 \ varepsilon} , Где ε диэлектрическая проницаемость среды.


2. История открытия

Догадки о том, что взаимодействие между електризованимы телами подчиняется тому же закону оберененои пропорциональности квадрату расстояния, и тяжести, неоднократно высказывались исследователями в середине 18 в. В начале 1770-х ее экспериментально открыл Генри Кавендиш, однако своих результатов не опубликовал, и о них стало известно только в конце 19 в. после изучения и публикации его архивов. Шарль Кулон опубликовал закон 1785 году в двух мемуарах, представленных на рассмотрение Французской академии наук [2]. 1835 Карл Гаусс опубликовал выведенную на основе закона Кулона, теорему Гаусса. В виде теоремы Гаусса закон Кулона входит в основных уравнений электродинамики.


3. Проверка закона

Для макроскопических расстояний при экспериментах в земных условиях, которые были проведены по методу Кавендиша, доказано что показатель степени r в законе Кулона не может отличаться от 2 более чем на 6.10 -16. Из экспериментов с рассеяния альфа-частиц получается, что закон Кулона не нарушается до расстояний 10 -14 м. Но с другой стороны, для описания взаимодействия заряженных частиц на таких расстояниях понятия, с помощью которых формулируется закон (понятие силы, положения), теряют смысл. В этой области пространственных масштабов действуют законы квантовой механики.

Закон Кулона можно считать одним из последствий квантовой электродинамики, в рамках которой взаимодействие заряженных частиц обусловлена ​​обменом виртуальными фотонами. Вследствие этого, эксперименты по проверке выводов квантовой электродинамики считать опытами по проверке закона Кулона. Так, эксперименты с аннигиляции электронов и позитронов свидетельствуют, что отклонение от законов квантовой электродинамики не наблюдаются до расстояний 10 -18 м.


См.. также

Источники

  • Гончаренко С. В. Физика: Основные законы и формулы .. - К. : Лыбидь, 1996. - 47 с.
  • Кучерук И. М., Горбачук И. Т., Луцик П. П. Электричество и магнетизм / / Общий курс физики. - К. : Техника, 2006. - Т. 2. - 456 с.
  • Ф. С. Е., Тиморева А. В. Электрические и электромагнитные явления / / Курс общей физики. - К. : Просвещение, 1953. - Т. 2. - 496 с.
  • Физическая энциклопедия / Под ред. А. М. Прохорова. - М. : Советская энциклопедия, 1990. - Т. 2. - 703 с.
  • Сивухин Д. В. Электричество / / Общий курс физики. - М. : Физматлит, 2009. - Т. 3. - 656 с.

5. Сноски

  1. Закон Кулона можно приближенно применять и для движущихся зарядов, если их скорости намного меньше скорости света
  2. а б В - Coulomb (1785a) "Premier m?moire sur l'?lectricit? et le magn?tisme," Histoire de l'Acad?mie Royale des Sciences, pages 569-577 - Кулон изучал силы отталкивания одноименных зарядов:

    Page 574: Il r?sulte donc de ces trois essais, que l'action r?pulsive que les deux balles ?lectrif?es de la m?me nature d'?lectricit? exercent l'une sur l'autre, suit la raison inverse du carr? des distances.

    Перевод: Так, из этих трех опытов следует, что сила отталкивания между двумя електризованимы пулями, зарядженмы электричеством одной природы, следует закону обратной пропорциональности квадрату расстояния ..

    В - Coulomb (1785b) "Second m?moire sur l'?lectricit? et le magn?tisme," Histoire de l'Acad?mie Royale des Sciences, pages 578-611. - Кулон показал, что тела с противоположными зарядами притягиваются с силой оберенено-пропорциональной расстоянию.

код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам