Coulombs lag

Två laddade föremål knuffar eller drar i varandra med en elektrisk kraft. Kraften växer om någon av laddningarna är större, men den avtar mycket snabbt när laddningarna rör sig isär — att fördubbla avståndet mellan dem skär kraften till bara en fjärdedel.

Formeln

F = k · q₁ · q₂ / r²

  • F — kraft (N): den elektriska knuffen eller dragningen mellan de två laddningarna
  • k — Coulombs konstant (N·m²/C²): ett fast tal, ungefär nio gånger tio upphöjt till nio, som sätter styrkan på den elektriska kraften
  • q₁ — första laddningen (C): den elektriska laddningsmängden på det första föremålet
  • q₂ — andra laddningen (C): den elektriska laddningsmängden på det andra föremålet
  • r — avstånd (m): avståndet mellan de två laddningarnas centra

Genomräknat exempel

Två små laddningar, q₁ = 2 μC och q₂ = 1 μC, ligger 0.1 meter isär. Vilken elektrisk kraft utövar de på varandra?

  • 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

Testa dig själv

Samma två laddningar dras isär till dubbla avståndet, 0.2 meter. Vad är den nya kraften?
  • 0.9 N
  • Rätt svar: 0.45 N
  • 3.6 N

Rätt! Fördubblat avstånd delar kraften med fyra, eftersom avståndet står i kvadrat: 1.8 N ÷ 4 = 0.45 N.

Med r kvar på 0.1 meter fördubblas q₁ till 4 μC medan q₂ förblir 1 μC. Vad är den nya kraften?
  • 1.8 N
  • 0.9 N
  • Rätt svar: 3.6 N

Exakt — kraften är direkt proportionell mot varje laddning, så fördubblad q₁ fördubblar F: 1.8 N × 2 = 3.6 N.

Var du ser detta

Gnid en ballong mot håret och den fastnar på väggen; kläder direkt från torktumlaren klänger fast vid varandra och gnistrar; en kopiator drar toner till exakt de laddade delarna av trumman. I vart och ett av fallen knuffar och drar små åtskilda laddningar i varandra med en kraft som är enorm på nära håll och avtar snabbt med avståndet.

Vanliga misstag

Reflexfelet är halveringen: dubbla avståndet, halva kraften — avståndet står i kvadrat, så att fördubbla det delar kraften med fyra (1.8 N blir 0.45 N), och att tredubbla det delar den med nio. Laddningarna får ingen sådan exponent: att fördubbla en laddning fördubblar helt enkelt kraften (1.8 N blir 3.6 N), och bara r i F = k · q₁ · q₂ / r² bär kvadraten. Kom ihåg att kraften kan knuffa isär eller dra samman — till skillnad från gravitationen kommer laddningar i två tecken.

Hur det hänger ihop

Det här är gravitationens elektriska tvilling: F = k · q₁ · q₂ / r² har exakt samma inverskvadratgeometri som Newtons lag, med massorna utbytta mot laddningar och repulsion tillagd. Den förankrar hela elektromagnetismmodulen — kapacitans, härnäst, är vad som händer när du lagrar den laddning som den här lagen knuffar runt, och varje senare lektion förutsätter att laddningar växelverkar på det här sättet.

Testa den interaktiva simuleringen

Relaterade begrepp