Kulono dėsnis
Du įelektrinti objektai stumia ar traukia vienas kitą elektrine jėga. Ta jėga auga, kai bet kuris krūvis didėja, bet greitai blėsta krūviams tolstant — atstumo padvigubinimas sumažina jėgą iki tik ketvirčio.
Formulė
F = k · q₁ · q₂ / r²
- F — jėga (N): elektrinis stūmimas ar traukimas tarp dviejų krūvių
- k — Kulono konstanta (N·m²/C²): fiksuotas skaičius, apie devyni kart dešimt devintuoju, nustatantis elektrinės jėgos stiprį
- q₁ — pirmasis krūvis (C): elektrinio krūvio kiekis ant pirmojo objekto
- q₂ — antrasis krūvis (C): elektrinio krūvio kiekis ant antrojo objekto
- r — atstumas (m): atstumas tarp dviejų krūvių centrų
Išnagrinėtas pavyzdys
Du maži krūviai, q₁ = 2 μC ir q₂ = 1 μC, sėdi 0,1 metro atstumu. Kokia elektrine jėga jie veikia vienas kitą?
- q₁ = 2 μC
- q₂ = 1 μC
- r = 0.1 m
- F = k · q₁ · q₂ / r²
- F = (9×10⁹ · 2×10⁻⁶ · 1×10⁻⁶) / (0.1)²
F = 1.8 N
Pasitikrink
Tie patys du krūviai atitraukiami į dvigubą atstumą, 0,2 metro. Kokia naujoji jėga?
- 0.9 N
- Teisingas atsakymas: 0.45 N
- 3.6 N
Teisingai! Atstumo padvigubinimas dalija jėgą iš keturių, nes atstumas yra kvadratu: 1.8 N ÷ 4 = 0.45 N.
Laikant r ties 0,1 metro, q₁ padvigubinamas iki 4 μC, q₂ liekant 1 μC. Kokia naujoji jėga?
- 1.8 N
- 0.9 N
- Teisingas atsakymas: 3.6 N
Būtent — jėga tiesiogiai proporcinga kiekvienam krūviui, tad q₁ padvigubinimas padvigubina F: 1.8 N × 2 = 3.6 N.
Kur tai matai
Patrink balioną į plaukus ir jis limpa prie sienos; drabužiai, ką tik iš džiovyklės, limpa vienas prie kito ir kibirkščiuoja; kopijavimo aparatas traukia tonerį būtent į įelektrintas būgno dalis. Kiekvienu atveju maži atskirti krūviai stumia ir traukia jėga, kuri yra milžiniška arti ir greitai blėsta su atstumu.
Dažnos klaidos
Refleksinė klaida yra dalinti iš dviejų: dvigubas atstumas, pusė jėgos — atstumas yra kvadratu, tad jo padvigubinimas dalija jėgą iš keturių (1.8 N tampa 0.45 N), o patrigubinimas — iš devynių. Krūviai tokio laipsnio neturi: vieno krūvio padvigubinimas tiesiog padvigubina jėgą (1.8 N tampa 3.6 N), ir tik r formulėje F = k · q₁ · q₂ / r² neša kvadratą. Prisimink, jėga gali stumti išorėn ar traukti kartu — skirtingai nei gravitacija, krūviai ateina dviem ženklais.
Kaip tai siejasi
Tai gravitacijos elektrinis dvynys: F = k · q₁ · q₂ / r² turi tiksliai Niutono dėsnio atvirkštinio kvadrato geometriją, sukeisdamas mases su krūviais ir pridėdamas stūmimąsi. Ji suremia visą elektromagnetizmo modulį — talpa, toliau, yra tai, kas atsitinka, kai kaupi krūvį, kurį šis dėsnis stumdo, ir kiekviena vėlesnė pamoka tarią, kad krūviai sąveikauja šitaip.