Закон кулона описывает взаимодействие между двумя: 1)Закон Кулона можно записать в виде F=k⋅q1q2/r^2, где F – сила взаимодействия зарядов (в ньютонах),…

Закон Кулона: формулировка, определение, формула

Закон Кулона — это основа электростатики, знание формулировки и основной формулы, описывающей данный закон необходимо также для изучения раздела «Электричество и магнетизм».

Закон Кулона

Закон, который описывает силы электрического взаимодействия между зарядами, открыл в 1785 году Шарль Кулон, проводивший многочисленные опыты с металлическими шариками. Одна из современных формулировок закона Кулона звучит следующим образом:

«Сила взаимодействия между двумя точечными электрическими зарядами направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряды, пропорциональна произведению их величин и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Если заряды разных знаков, то они притягиваются, а если одного – отталкиваются.»

Формула, иллюстрирующая данный закон:

*Второй множитель (в котором присутствует радиус-вектор) нужен исключительно для определения направления воздействия силы.

F₁₂ – сила, которая действует на 2-й заряд со стороны первого;

q₁ и q₂ — величины зарядов;

r₁₂ – расстояние между зарядами;

k – коэффициент пропорциональности:

ε₀ – электрическая постоянная, иногда ее называют диэлектрической проницаемостью вакуума. Примерно равна 8,85·10^-12 Ф/м или Кл²/(H·м²).

ε – диэлектрическая проницаемость среды (для вакуума равна 1).

Следствия из закона Кулона

• существует два вида зарядов – положительные и отрицательные
• одинаковые заряды отталкиваются, а разные – притягиваются
• заряды могут передаваться от одного к другому, так как заряд не является постоянной и неизменной величиной. Он может изменяться в зависимости от условий (среды), в которых находится заряд
• для того, чтобы закон был верным, необходимо учитывать поведение зарядов в вакууме и их неподвижность

Наглядное представление закона Кулона:

Закон сохранения зарядов

Закон сохранения зарядов гласит, что заряды не появляются из неоткуда и не исчезают в никуда, а просто переходят от одного к другому или, выражаясь более научным языком – для замкнутой системы алгебраическая сумма зарядов всегда остается постоянной.

Скорее всего, Вам будет интересно:

• Плотность тока проводимости, смещения, насыщения: определение и формулы
• Уравнение состояния идеального газа Менделеева-Клапейрона с выводом
• Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ), формулы МКТ
• Основное уравнение молекулярно-кинетической теории (МКТ) с выводом
• Средняя линия трапеции: чему равна, свойства, доказательство теоремы
• Свойства прямоугольной трапеции
• Как найти область определения функции онлайн
• Влияние человека на природу, воздействие общества на природу
• Состав служебного программного обеспечения
• Свойства вписанной в треугольник окружности

PhysBook:Электронный учебник физики — PhysBook

Содержание

• 1 Учебники
• 2 Механика
  • 2. 1 Кинематика
  • 2.2 Динамика
  • 2.3 Законы сохранения
  • 2.4 Статика
  • 2.5 Механические колебания и волны
• 3 Термодинамика и МКТ
  • 3.1 МКТ
  • 3.2 Термодинамика
• 4 Электродинамика
  • 4. 1 Электростатика
  • 4.2 Электрический ток
  • 4.3 Магнетизм
  • 4.4 Электромагнитные колебания и волны
• 5 Оптика. СТО
  • 5.1 Геометрическая оптика
  • 5.2 Волновая оптика
  • 5.3 Фотометрия
  • 5.4 Квантовая оптика
  • 5. 5 Излучение и спектры
  • 5.6 СТО
• 6 Атомная и ядерная
  • 6.1 Атомная физика. Квантовая теория
  • 6.2 Ядерная физика
• 7 Общие темы
• 8 Новые страницы

Здесь размещена информация по школьной физике:

1. материалы из учебников, лекций, рефератов, журналов;
2. разработки уроков, тем;
3. flash-анимации, фотографии, рисунки различных физических процессов;
4. ссылки на другие сайты

и многое другое.

Каждый зарегистрированный

пользователь сайта имеет возможность выкладывать свои материалы (см. справку), обсуждать уже созданные.

Учебники

Формулы по физике – 7 класс – 8 класс – 9 класс – 10 класс – 11 класс –

Механика

Кинематика

Основные понятия кинематики – Прямолинейное движение – Криволинейное движение – Движение в пространстве

Динамика

Законы Ньютона – Силы в механике – Движение под действием нескольких сил

Законы сохранения

Закон сохранения импульса – Закон сохранения энергии

Статика

Статика твердых тел – Динамика твердых тел – Гидростатика – Гидродинамика

Механические колебания и волны

Механические колебания – Механические волны

---

Термодинамика и МКТ

МКТ

Основы МКТ – Газовые законы – МКТ идеального газа

Термодинамика

Первый закон термодинамики – Второй закон термодинамики – Жидкость-газ – Поверхностное натяжение – Твердые тела – Тепловое расширение

---

Электродинамика

Электростатика

Электрическое поле и его параметры – Электроемкость

Электрический ток

Постоянный электрический ток – Электрический ток в металлах – Электрический ток в жидкостях – Электрический ток в газах – Электрический ток в вакууме – Электрический ток в полупроводниках

Магнетизм

Магнитное поле – Электромагнитная индукция

Электромагнитные колебания и волны

Электромагнитные колебания – Производство и передача электроэнергии – Электромагнитные волны

---

Оптика.

СТО

Геометрическая оптика

Прямолинейное распространение света. Отражение света – Преломление света – Линзы

Волновая оптика

Свет как электромагнитная волна – Интерференция света – Дифракция света

Фотометрия

Фотометрия

Квантовая оптика

Квантовая оптика

Излучение и спектры

Излучение и спектры

СТО

СТО

---

Атомная и ядерная

Атомная физика. Квантовая теория

Строение атома – Квантовая теория – Излучение атома

Ядерная физика

Атомное ядро – Радиоактивность – Ядерные реакции – Элементарные частицы

---

Общие темы

Измерения – Методы решения – Развитие науки- Статья- Как писать введение в реферате- Подготовка к ЕГЭ — Репетитор по физике

Новые страницы

Запрос не дал результатов.

Закон Кулона — Мехатроника

В этой лекции мы узнаем о Законе Кулона и рассмотрим несколько простых примеров. Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать письменный учебник ниже.

Этот закон был впервые сформулирован французским физиком Шарлем Огюстеном де Кулоном в 1785 году и сыграл важную роль в развитии теории электромагнетизма.

Определение закона Кулона

Закон Кулона — это закон физики, описывающий взаимодействие между электрически заряженными объектами. Он количественно определяет величину электростатической силы, которую два заряженных объекта воздействуют друг на друга, что вызывает притяжение или отталкивание между ними.

Подобные заряды, например, два положительных или два отрицательных заряда будут отталкивать друг друга, а в отличие от зарядов один положительный и один отрицательный заряд будут притягиваться друг к другу из-за электростатической силы.

В частности, этот закон распространяется на точечные сборы. Любые объекты можно рассматривать как точечные заряды, если они очень малы по сравнению с расстоянием между ними.

Кроме того, сила направлена ​​вдоль прямой линии, соединяющей эти заряды.

Формула закона Кулона

Мы уже умеем измерять электрический заряд. Это может помочь нам рассчитать электрическую силу между заряженными объектами.

Итак, уравнение показывает, что величина электрической силы между двумя заряженными частицами F равна произведению двух зарядов Q ₁ и Q ₂ , деленному на квадрат расстояния между ними r, и все это умножается на константу пропорциональности k.

Электрическая сила выражается в единицах Ньютон.

Причина, по которой расстояние возводится в квадрат, заключается в том, что когда расстояние между объектами удваивается, сила между ними уменьшается до четверти первоначального значения.

Другими словами, электрическая сила между двумя объектами увеличивается по мере уменьшения расстояния между ними и, наоборот, сила уменьшается по мере увеличения расстояния.

Строчная буква k называется константой пропорциональности или константой закона Кулона. Значение этой константы зависит от среды, в которой находятся два объекта. В данном случае средой является воздух.

ε ₀ называется диэлектрической проницаемостью или диэлектрической проницаемостью вакуума.

Закон Кулона против универсального закона всемирного тяготения

Если сравнить закон Кулона с универсальным законом всемирного тяготения, то можно заметить, что они имеют некоторое сходство, но работают совершенно по-разному.

• Электрическая сила намного сильнее гравитации.
• Из уравнений видно, что они имеют разные константы пропорциональности.
• В уравнении гравитации мы используем массу, чтобы найти силу, но в уравнении закона Кулона мы используем заряд, чтобы найти силу.
• Таким образом, гравитационная сила всегда притягивает, в зависимости от массы объектов, которая всегда положительна, а с другой стороны, электростатические силы могут быть как притягивающими, так и отталкивающими, в зависимости от зарядов, поэтому результат может быть отрицательным или положительный, соответственно.

Подводя итог, закон Кулона гласит:

• Сначала , сила между двумя точечными зарядами отталкивает, а между двумя разноименными точечными зарядами притягивает;
• Второй , направление силы определяется линией, проходящей через оба заряда;
• Третий , величина силы прямо пропорциональна произведению двух зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами.

Электростатическая сила как векторная величина

Будучи силой, сила электрического взаимодействия представляет собой векторную величину, которая имеет как величину, так и направление. Это означает, что мы можем вычислить величину и направление электрической силы на основе знака результата.

Давайте изменим уравнение.

Стрелки в уравнении представляют векторную величину.

Это единичный вектор, указывающий из Q ₁ в Q _2,   и индекс 12 означает, что Q ₁ действует на q _2.

Если мы получаем положительное значение, это означает, что направление силы отталкивающее. С другой стороны, знак минус означает, что направление силы противоположно или притягивает.

Пример

Допустим, у нас есть два положительных заряда. Первый заряд Q1 равен 2×10 ^-2 Кл, а второй заряд Q2 равен 1×10 ^-3 Кл. Расстояние между ними r равно 1 мм, что равно 1×10 ^-3 м. Теперь мы можем рассчитать силу между этими зарядами, используя уравнение.

Здесь мы можем вычесть метры и кулоны, что означает, что мы остаемся с ньютонами.

Это равно 18×10 ⁴ , деленному на 10 ^-6, , что равно 18×10 ¹⁰ .

Наконец, сила равна 1,8×10 ¹¹ ньютонов.

Мы получили положительный результат, то есть заряды отталкиваются друг от друга. Если бы у нас был один положительный и один отрицательный заряд, мы получили бы отрицательный результат, а значит, они притягивались бы друг к другу.

Принцип суперпозиции

Если имеется несколько точечных зарядов, скажем, три, мы можем рассчитать силу двух зарядов, действующую на третий заряд.

Это приводит нас к принципу суперпозиции, который утверждает, что для всех линейных сил общая сила представляет собой векторную сумму отдельных сил. Это позволяет распространить закон Кулона на любое количество точечных зарядов.

Другими словами, общая кулоновская сила от системы точечных зарядов, действующих на точечный заряд, может быть найдена путем сложения сил от каждого из других отдельных зарядов. Пример: — положительные заряды, а Q ₂ — отрицательный заряд. Сила, которую Q ₁ прикладывает к Q, F ₁ отталкивает, а сила, которую Q ₂ прикладывает к Q, F ₂ , притягивает.

Полная электрическая сила F является суммой двух сил F ₁ и F _2, и представлена ​​этим вектором F1+F2.

Это все для этого урока. Я надеюсь, что это было полезно, и вы узнали что-то новое. В следующем уроке по основам электроники мы поговорим об электрических полях.

Категории Электричество

1.1.1: Закон Кулона — Химия LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

195509

---

Электроны имеют отрицательный (-) заряд и притягиваются к положительному (+) заряду ядра. Электроны в многоэлектронном атоме также отталкиваются друг от друга. Закон Кулона (из классической физики) можно использовать для описания притяжения и отталкивания между любыми заряженными частицами, включая атомарные частицы. 92} \метка{1}\]

Рисунок \(\PageIndex{1}\). Закон Кулона применяется к силе притяжения между ядром и электроном. (CC-BY-NC-SA; Кэтрин Хаас)

Где \(F\) — сила, \(k\) — постоянная Кулона, \(q_1\) и \(q_2\) — заряды двух частиц, а \(r\) — расстояние между частицами. Это соотношение показывает, что сила притяжения или отталкивания между двумя частицами зависит от расстояния (

r ) между частицами, а также знак и величина зарядов на каждой из частиц ( q ). Когда заряды имеют противоположный знак, сила притяжения (отрицательная F ), а если оба заряда имеют один и тот же знак, сила отталкивающая (положительная F ). Величина силы напрямую связана с величиной заряда частиц (более высокий заряд дает более сильную силу) и косвенно связана с расстоянием между частицами (большое расстояние дает более слабое взаимодействие).

Закон Кулона описывает атомы и орбитальные энергии: В большинстве случаев сила притяжения между электроном и ядром намного сильнее, чем сила отталкивания между электронами. W e сосредоточится на более важной силе притяжения между электронами и ядрами .

В атоме наиболее важными факторами, влияющими на силу, рассчитываемую по уравнению Кулона, являются

заряд ядра и расстояние от ядра до интересующего электрона. Чем ближе электрон к ядру, тем сильнее сила притяжения (т. е. чем более отрицательным становится F, чем F). Точно так же, чем больше ядерный заряд, тем сильнее сила притяжения. Что касается расстояния (\r\), номер оболочки является наиболее важным фактором, а подоболочка является еще одним фактором (это будет дополнительно объяснено в этом разделе в разделе Экранирование и проникновение ).

Закон Кулона можно также применить для описания силы отталкивания между двумя электронами. Однако он не полностью объясняет дополнительное и более значительное взаимодействие между несколькими электронами и ядрами, которое происходит в многоэлектронных атомах. Закон Кулона ограничивается описанием системы из двух частиц. Таким образом, этот принцип хорошо работает для описания атома водорода, но закон Кулона — это только часть истории для многоэлектронных атомов.

Проверка на понимание \(\PageIndex{1}\)

Почему 1s-электрон имеет более высокую энергию ионизации, чем 3s-электрон?

Ответить

По мере увеличения номера оболочки расстояние электрона от ядра увеличивается. В оболочке n = 1 электроны максимально приближены к ядру. В n = 3 электроны на s-орбитали находятся в среднем намного дальше от ядра, чем вся 1s-орбиталь. (Мы можем увидеть вероятное расстояние электронов, используя функции радиального распределения). Закон Кулона показывает, что противоположные заряды обладают большей силой притяжения, когда они расположены близко друг к другу. Таким образом, 1s-электрон сильнее притягивается к ядру, чем 3s-электрон, а удалить 1s-электрон труднее, поскольку он сильнее притягивается к ядру.

---

Примените закон Кулона, чтобы объяснить, почему основное состояние H равно 1s ¹ , а не 2s ¹ .

Ответить

Сила ( F ) в Законе Кулона аналогична энергии (E) электрона, когда этот электрон взаимодействует с ядром. Когда две частицы сближаются, значение F (сила или энергия) становится более отрицательным, что означает, что частицы сильнее притягиваются друг к другу.

В основном состоянии электроны находятся в конфигурации с самой низкой энергией, что является их наиболее стабильной конфигурацией. Электроны (-) стабилизируются (энергия понижена/более отрицательна) при взаимодействии с ядром (+).