..:: FIZYKA ::..

Elektryczność

Część IV
Prawo Coulomba

Wprowadzenie

Omówione wcześniej doświadczenia z elektryzowaniem przez pocieranie laski ebonitowej i szklanej oraz obserwacja zachowania elektroskopu, na który został wprowadzony ładunek elektryczny sugerują, że ciała obdarzone wypadkowym ładunkiem elektrycznym oddziałują na siebie siłami. Więcej, ładunki tego samego rodzaju (znaku) wzajemnie się odpychają natomiast ładunki przeciwne przyciągają.

Ten rodzaj zachowania zaliczamy do grupy oddziaływań na odległość, kiedy to ciała wzajemnie działając siłami nie muszą być ze sobą w kontakcie mechanicznym (wcześniej z oddziaływań na odległość poznaliśmy grawitacyjne).

Ten rodzaj oddziaływań z racji swej wzajemności opisywany jest przez III zasadę dynamiki czyli jeśli ładunek A odpycha ładunek B pewną siłą to ładunek B również odpycha ładunek A siłą o takiej samej wartości. Dodatkowo obie siły mają taki sam kierunek działania ale przeciwne zwroty. Siły te są odpowiednio przyłożone do ciał A i B.

Prawo Coulomba:

Jeżeli umieścimy w pewnej niewielkiej odległości od siebie dwie kulki na których zgromadziliśmy ładunek elektryczny, zauważymy ich wzajemne oddziaływanie. Wartość siły jaką na siebie oddziałują możemy wyliczyć według prawa Coulomba. Jego matematyczną postać przedstawiamy pod rysunkiem.

gdzie użyte we wzorze (oraz na rysunku) symbole – wielkości fizyczne i stała – oznaczają:

• - wartość siły wzajemnego oddziaływania, wyrażamy w niutonach ;
• oraz - wartość zgromadzonego ładunku na kuli pierwszej (1) oraz kuli drugiej (2), wyrażamy w kulombach ;
• - wartość odległości między środkami kul, wyrażamy w metrach ;
• - współczynnik proporcjonalności, którego wartość podaliśmy dla przypadku kiedy ładunki znajdują się w próżni.

Definicja:
Wartość siły wzajemnego oddziaływania dwóch ładunków punktowych jest wprost proporcjonalna do iloczynu wartości tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między ich środkami.

Objaśnienie zastosowania prawa Coulomba

Korzystając z przedstawionego powyżej prawa możemy obliczyć siłę z jaka będą się odpychały dwie kulki, na których został zgromadzony ładunek tego samego znaku. Możemy też obliczyć siłę ich wzajemnego przyciągania jeśli kulki będą obdarzone ładunkiem przeciwnego znaku.

Ponieważ siły oddziaływania ładunków elektrycznych zaliczamy do krótkozasięgowych kulki na których gromadzimy ładunek muszą być małe, tak by odległość między ich środkami nie była zbyt wielka.

Intuicyjnie czujemy, że im większy będzie ładunek zgromadzony na kulkach tym większą siłą będą one oddziaływać. Krótko: siła jest wprost proporcjonalna do iloczynu wartości ładunków .

Intuicyjnie wydaje się jasne i to, że wraz ze wzrostem odległości między ładunkami siła ich oddziaływania będzie malała. Ze wzoru wynika, że siła jest odwrotnie proporcjonalna do odległości między środkami naładowanych kul .

Ważne jest również i to w jakim ośrodku (otoczeniu umieścimy naładowane kulki). Inną siła będą działały na siebie w próżni a inną gdy zanurzymy je w oleju, jeszcze inną gdy ładunki uwięzimy w szkle. Środowisko w jakim zanurzone są ładunki charakteryzuje współczynnik - podaliśmy go powyżej dla próżni. Dla innych ośrodków współczynnik proporcjonalności przyjmuje wartości dla nich charakterystyczne. Są one spisane w tabelach stałych fizycznych. Zależy on od przenikalności elektrycznej o czym powiemy kiedy indziej :)

Koniec części IV

Jeśli masz jakieś uwagi, pytania odnośnie tego działu skorzystaj z odpowiedniego
forum ELEKTRYCZNOŚĆ

GÓRA         SZKOŁA