Hukum Coulomb, definisi dan rumus - muatan titik listrik dan interaksinya

Antara benda bermuatan ada gaya interaksi yang menyebabkan mereka dapat menarik atau menolak satu sama lain. Hukum Coulomb menjelaskan gaya ini, menunjukkan tingkat aksinya, tergantung pada ukuran dan bentuk tubuh itu sendiri. Hukum fisika ini akan dibahas dalam artikel ini.

rumus hukum Coulomb.

Isi

1 Biaya titik stasioner
2 Keseimbangan torsi Charles Coulomb
3 Faktor proporsionalitas k dan konstanta listrik
4 Arah gaya Coulomb dan bentuk vektor dari rumus
5 Di mana hukum Coulomb diterapkan dalam praktik
6 Arah gaya dalam hukum Coulomb
7 Sejarah penemuan hukum

Biaya titik stasioner

Hukum Coulomb berlaku untuk benda diam yang jauh lebih kecil daripada jaraknya dari benda lain. Sebuah muatan listrik titik terkonsentrasi pada benda-benda tersebut. Saat memecahkan masalah fisik, dimensi benda yang dipertimbangkan diabaikan, karena mereka tidak terlalu penting.

Dalam prakteknya, muatan titik dalam keadaan diam digambarkan sebagai berikut:

Titik bermuatan positif q1. Titik bermuatan positif q2.

Dalam hal ini q₁ dan q₂ - ini positif muatan listrik, dan gaya Coulomb bekerja padanya (tidak ditunjukkan pada gambar). Ukuran fitur titik tidak masalah.

Catatan! Muatan diam terletak pada jarak tertentu satu sama lain, yang dalam soal biasanya dilambangkan dengan huruf r. Lebih lanjut dalam artikel, biaya ini akan dipertimbangkan dalam ruang hampa.

Keseimbangan torsi Charles Coulomb

Perangkat ini, yang dikembangkan oleh Coulomb pada tahun 1777, membantu menyimpulkan ketergantungan gaya yang kemudian dinamai menurut namanya. Dengan bantuannya, interaksi muatan titik, serta kutub magnet, dipelajari.

Sebuah keseimbangan torsi memiliki benang sutra kecil yang terletak di bidang vertikal dari mana tuas yang seimbang menggantung. Muatan titik terletak di ujung tuas.

Di bawah aksi kekuatan eksternal, tuas mulai bergerak secara horizontal. Tuas akan bergerak dalam bidang sampai seimbang dengan gaya elastis benang.

Dalam proses gerakan, tuas menyimpang dari sumbu vertikal dengan sudut tertentu. Itu diambil sebagai d dan disebut sudut rotasi. Mengetahui nilai parameter ini, dimungkinkan untuk menemukan torsi gaya yang timbul.

Keseimbangan torsi Charles Coulomb terlihat seperti ini:

Keseimbangan torsi Charles Coulomb.

Faktor proporsionalitas k dan konstanta listrik $\varepsilon_0$

Dalam rumus hukum Coulomb terdapat parameter k - koefisien proporsionalitas atau $\varepsilon_0$ adalah konstanta listrik. Konstanta listrik $\varepsilon_0$ disajikan dalam banyak buku referensi, buku teks, internet, dan itu tidak perlu dihitung! Faktor proporsionalitas vakum berdasarkan $\varepsilon_0$ dapat ditemukan dengan rumus terkenal:

$k = \frac {1}{4\cdot \pi\cdot \varepsilon_0}$

Di Sini $\varepsilon_0=8.85\cdot 10^{-12} \frac {C^2}{H\cdot m^2}$ adalah konstanta listrik,

$\pi=3.14$ - Pi,

$k=9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ adalah koefisien proporsionalitas dalam ruang hampa.

Informasi tambahan! Tanpa mengetahui parameter yang disajikan di atas, tidak akan berhasil untuk menemukan gaya interaksi antara dua titik muatan listrik.
Formulasi dan rumus hukum Coulomb

Untuk meringkas hal di atas, perlu untuk memberikan rumusan resmi hukum utama elektrostatika. Ini mengambil bentuk:

Gaya interaksi dua muatan titik yang diam dalam ruang hampa berbanding lurus dengan hasil kali muatan-muatan ini dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya. Selain itu, produk muatan harus diambil modulo!

$F=k\cdot \frac {|q_1|\cdot |q_2|}{r^2}$

Dalam rumus ini q₁ dan q₂adalah muatan titik, dianggap badan; r² - jarak pada bidang antara badan-badan ini, diambil di alun-alun; k adalah koefisien proporsionalitas ( $9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ untuk vakum).

Arah gaya Coulomb dan bentuk vektor dari rumus

Untuk pemahaman yang lengkap tentang rumus, hukum Coulomb dapat divisualisasikan:

Arah gaya Coulomb untuk dua muatan titik yang polaritasnya sama.

F_1,2- kekuatan interaksi muatan pertama terhadap muatan kedua.

F_2,1- kekuatan interaksi muatan kedua dalam kaitannya dengan yang pertama.

Juga, ketika memecahkan masalah elektrostatika, perlu mempertimbangkan aturan penting: muatan listrik dengan nama yang sama tolak-menolak, dan muatan yang berlawanan tarik-menarik. Lokasi gaya interaksi pada gambar tergantung pada ini.

Jika muatan yang berlawanan dipertimbangkan, maka kekuatan interaksi mereka akan diarahkan satu sama lain, menggambarkan daya tarik mereka.

Arah gaya Coulomb untuk dua muatan titik yang berbeda polaritasnya.

Rumus hukum dasar elektrostatika dalam bentuk vektor dapat direpresentasikan sebagai berikut:

$\vec F_1_2=\frac {1}{4\cdot \pi\cdot \varepsilon_0}\cdot \frac {q_1\cdot q_2}{r_1_2^3}\cdot \vec r_1_2$

$\vec F_1_2$ adalah gaya yang bekerja pada muatan titik q1, dari sisi muatan q2,

$\vec r_1_2$ adalah vektor radius yang menghubungkan muatan q2 dengan muatan q1,

$r=|\vec r_1_2|$

Penting! Setelah menulis rumus dalam bentuk vektor, gaya interaksi dua muatan listrik titik perlu diproyeksikan ke sumbu untuk menempatkan tanda dengan benar. Tindakan ini adalah formalitas dan sering dilakukan secara mental tanpa catatan.

Di mana hukum Coulomb diterapkan dalam praktik

Hukum dasar elektrostatika adalah penemuan terpenting Charles Coulomb, yang telah menemukan penerapannya di banyak bidang.

Karya-karya fisikawan terkenal digunakan dalam proses menciptakan berbagai perangkat, perangkat, peralatan. Misalnya penangkal petir.

Dengan bantuan penangkal petir, bangunan tempat tinggal dan bangunan terlindung dari petir selama badai petir. Dengan demikian, tingkat perlindungan peralatan listrik meningkat.

Penangkal petir bekerja sesuai dengan prinsip berikut: selama badai petir, muatan induksi yang kuat secara bertahap mulai menumpuk di tanah, yang naik dan tertarik ke awan. Dalam hal ini, medan listrik yang agak besar terbentuk di tanah. Di dekat penangkal petir, medan listrik menjadi lebih kuat, karena itu muatan listrik korona dinyalakan dari ujung perangkat.

Selanjutnya, muatan yang terbentuk di tanah mulai tertarik ke muatan awan dengan tanda yang berlawanan, sebagaimana seharusnya menurut hukum Charles Coulomb. Setelah itu, udara melewati proses ionisasi, dan kuat medan listrik menjadi kurang dekat ujung penangkal petir. Dengan demikian, risiko sambaran petir yang masuk ke dalam gedung menjadi minimal.

Catatan! Jika bangunan tempat penangkal petir dipasang tersambar, maka tidak akan ada api, dan semua energi akan masuk ke tanah.

Berdasarkan hukum Coulomb, perangkat yang disebut "Akselerator Partikel" dikembangkan, yang sangat diminati saat ini.

Di perangkat ini, medan listrik yang kuat dibuat, yang meningkatkan energi partikel yang jatuh ke dalamnya.

Arah gaya dalam hukum Coulomb

Seperti disebutkan di atas, arah gaya interaksi dua muatan listrik titik bergantung pada polaritasnya. Itu. Muatan dengan nama yang sama akan tolak menolak, dan muatan yang berlawanan akan tarik menarik.

Gaya Coulomb juga dapat disebut vektor jari-jari, karena mereka diarahkan sepanjang garis yang ditarik di antara mereka.

Dalam beberapa masalah fisik, diberikan benda dengan bentuk kompleks, yang tidak dapat diambil untuk muatan listrik titik, mis. abaikan ukurannya. Dalam situasi ini, tubuh yang dipertimbangkan harus dibagi menjadi beberapa bagian kecil dan setiap bagian harus dihitung secara terpisah, menggunakan hukum Coulomb.

Vektor gaya yang diperoleh dengan pemisahan diringkas menurut aturan aljabar dan geometri. Hasilnya adalah kekuatan yang dihasilkan, yang akan menjadi jawaban untuk masalah ini. Metode penyelesaian ini sering disebut metode segitiga.

Arah vektor gaya Coulomb.

Sejarah penemuan hukum

Interaksi dua muatan titik menurut hukum yang dibahas di atas pertama kali dibuktikan pada tahun 1785 oleh Charles Coulomb. Fisikawan berhasil membuktikan kebenaran hukum yang dirumuskan menggunakan keseimbangan torsi, yang prinsip operasinya juga disajikan dalam artikel.

Coulomb juga membuktikan bahwa tidak ada muatan listrik di dalam kapasitor berbentuk bola. Jadi dia sampai pada pernyataan bahwa besarnya gaya elektrostatik dapat diubah dengan mengubah jarak antara benda yang dipertimbangkan.

Jadi, hukum Coulomb masih merupakan hukum elektrostatika yang paling penting, yang menjadi dasar banyak penemuan terbesar. Dalam kerangka pasal ini, kata-kata resmi undang-undang disajikan, serta bagian-bagian penyusunnya dijelaskan secara rinci.

Artikel serupa: