Prawo Coulomba

Dwa naładowane ciała pchają lub ciągną się siłą elektryczną. Ta siła rośnie, gdy dowolny ładunek jest większy, ale bardzo szybko słabnie, gdy ładunki się rozsuwają — podwojenie odległości zmniejsza siłę czterokrotnie.

Wzór

F = k · q₁ · q₂ / r²

  • F — siła (N): elektryczne pchnięcie lub pociąganie między dwoma ładunkami
  • k — stała Coulomba (N·m²/C²): stała liczba, około dziewięć razy dziesięć do dziewiątej, wyznaczająca siłę oddziaływania elektrycznego
  • q₁ — pierwszy ładunek (C): ilość ładunku elektrycznego na pierwszym ciele
  • q₂ — drugi ładunek (C): ilość ładunku elektrycznego na drugim ciele
  • r — odległość (m): odległość między środkami dwóch ładunków

Przykład rozwiązany

Dwa małe ładunki, q₁ = 2 μC i q₂ = 1 μC, stoją w odległości 0.1 metra. Jaką siłą elektryczną działają na siebie?

  • q₁ = 2 μC
  • q₂ = 1 μC
  • r = 0.1 m
  1. F = k · q₁ · q₂ / r²
  2. F = (9×10⁹ · 2×10⁻⁶ · 1×10⁻⁶) / (0.1)²

F = 1.8 N

Sprawdź się

Te same dwa ładunki rozciągnięto do dwukrotnej odległości, 0.2 metra. Jaka jest nowa siła?
  • 0.9 N
  • Poprawna odpowiedź: 0.45 N
  • 3.6 N

Zgadza się! Podwojenie odległości dzieli siłę przez cztery, bo odległość jest do kwadratu: 1.8 N ÷ 4 = 0.45 N.

Trzymając r na 0.1 metra, q₁ podwaja się do 4 μC, a q₂ zostaje 1 μC. Jaka jest nowa siła?
  • 1.8 N
  • 0.9 N
  • Poprawna odpowiedź: 3.6 N

Dokładnie — siła jest wprost proporcjonalna do każdego ładunku, więc podwojenie q₁ podwaja F: 1.8 N × 2 = 3.6 N.

Gdzie to widzisz

Pocieraj balon o swoje włosy i przylega do ściany; ubrania świeże z suszarki do siebie przylegają i iskrzą; kserokopiarka przyciąga toner dokładnie do naładowanych części bębna. W każdym przypadku małe rozdzielone ładunki pchnią i pociągają z siłą, która jest ogromna z bliska i szybko zanika z odległością.

Częste błędy

Odruchowy błąd to połowienie: podwój odległość, zmniejsz siłę o połowę — odległość jest podniesiona do kwadratu, więc podwojenie jej dzieli siłę przez cztery (1,8 N staje się 0,45 N), a potrójnie dzieli przez dziewięć. Ładunki nie otrzymują takiego wykładnika: podwojenie jednego ładunku po prostu podwaja siłę (1,8 N staje się 3,6 N), i tylko r w F = k · q₁ · q₂ / r² ma kwadrat. Pamiętaj, że siła może odpychać lub przyciągać — w przeciwieństwie do grawitacji, ładunki występują w dwóch znakach.

Jak się to łączy

To elektryczny bliźniak grawitacji: F = k · q₁ · q₂ / r² ma dokładnie geometrię odwrotnych kwadratów prawa Newtona, zamieniając masy na ładunki i dodając odpychanie. To zakotwicza cały moduł elektromagnetyzmu — pojemność następnie to to, co się dzieje, gdy przechowujesz ładunek, który to prawo rozrzuca, i każdy późniejszy temat zakłada, że ładunki oddziałują w ten sposób.

Wypróbuj interaktywną symulację

Powiązane koncepcje