закон кулона
Подібні сили називають центральними. Відповідно до третього закону Ньютона 1,2 = -2,1.
Одиниця електричного заряду. Вибір одиниці заряду, як і інших фізичних величин, довільний. Природно було б за одиницю прийняти заряд електрона, що і зроблено в атомній фізиці, але цей заряд занадто малий, і тому користуватися ним в якості одиниці заряду не завжди зручно.
У Міжнародній системі одиниць (СІ) одиниця заряду є далеко не основною, а похідної і еталон для неї не вводиться. Поряд з метром, секундою і кілограмом в СІ введена основна одиниця для електричних величин - одиниця сили струму - ампер. Еталонне значення ампера встановлюється за допомогою магнітних взаємодій струмів.
Одиницю заряду в СІ - кулон встановлюють за допомогою одиниці сили струму.
важливо
Один кулон (1 Кл) - це заряд, що проходить за 1 с через поперечний переріз провідника при силі струму 1 А: 1 Кл = 1 А • 1 с.
Одиниця коефіцієнта k в законі Кулона при запису його в одиницях СІ - Н • м 2 / Кл 2. так як згідно з формулою (14.2) маємо
де сила взаємодії зарядів виражається в ньютонах, відстань - в метрах, заряд - в кулонах. Числове значення цього коефіцієнта можна визначити експериментально. Для цього треба виміряти силу взаємодії F між двома відомими зарядами | q1 | і | q2 |, що знаходяться на заданій відстані r, і ці значення підставити у формулу (14.3). Отримане значення k дорівнюватиме:
k = 9 • 10 9 Н • м 2 / Кл 2. (14.4)
Заряд в 1 Кл дуже великий. Сила взаємодії двох точкових зарядів, по 1 Кл кожний, розташованих на відстані 1 км один від одного, трохи менше сили, з якою земну кулю притягує вантаж масою 1 т. Тому повідомити невеликому тілу (розміром близько кількох метрів) заряд в 1 Кл неможливо. Відштовхуючись друг від друга, заряджені частинки не можуть втриматися на тілі. Ніяких інших сил, здатних в даних умовах компенсувати кулоновское відштовхування, в природі не існує. Але в провіднику, який в цілому нейтральний, привести в рух заряд в 1 Кл не складає великих труднощів. Адже у звичайній електричній лампочці потужністю 200 Вт при напрузі 220 В сила струму трохи менше 1 А. При цьому за 1 с через поперечний переріз провідника проходить заряд, майже рівний 1 Кл.
Замість коефіцієнта k часто застосовується інший коефіцієнт, який називається електричної постійної ε0. Вона пов'язана з коефіцієнтом k наступним співвідношенням:
Закон Кулона в цьому випадку має вигляд
Якщо заряди взаємодіють у середовищі, то сила взаємодії зменшується:
де ε - діелектрична проникність середовища, що показує, у скільки разів сила взаємодії зарядів в середовищі менше, ніж у вакуумі.
Мінімальний заряд, який існує в природі, - це заряд елементарних частинок. В одиницях СІ модуль цього заряду дорівнює:
е = 1,6 • 10 -19 Кл. (14.5)
Заряд, який можна повідомити тілу, завжди кратний мінімального заряду:
де N - ціле число. Коли заряд тіла істотно більше за модулем мінімального заряду, то перевіряти кратність не має сенсу, однак коли мова йде про заряд частинок, ядер атомів, то заряд їх повинен бути завжди дорівнює цілому числу модулів заряду електрона.
Ключові слова для пошуку інформації по темі параграфа.
Кулон. Закон Кулона. досвід Кулона
1. У чому подібність і відмінність закону всесвітнього тяжіння і закону Кулона?
2. За якої умови заряджене тіло можна вважати точковим зарядом?
3. Як визначається одиниця заряду?
4. Чому дорівнює заряд протона?
Зразки завдань ЗНО
А1. Яка з наведених нижче формул виражає в СІ модуль сили взаємодії точкових зарядів -q1 і + q2. розташованих на відстані r один від одного у вакуумі? Визначте, електричні заряди притягуються або відштовхуються.
А2. Сила кулонівської взаємодії двох точкових зарядів1) прямо пропорційна відстані між ними
2) обернено пропорційна відстані між ними
3) прямо пропорційна квадрату відстані між ними
4) обернено пропорційна квадрату відстані між ними
А3. З якою силою взаємодіють два маленьких заряджених кульки, що знаходяться у вакуумі на відстані 9 см один від одного? Заряд кожного кульки дорівнює 3 • 10 -6 Кл.
1) 0,09 Н 2) 1 Н 3) 10 Н 4) 3,3 • 10 6 Н
А4. Два точкових заряди діють один на одного з силою 12 Н. Який буде сила взаємодії між ними, якщо зменшити значення кожного заряду в 2 рази, не змінюючи відстань між ними?
1) 3 Н 2) 6 Н 3) 24 Н 4) 48 Н
А5. Два точкових електричних заряду діють один на одного з силами 9 мкн. Якими стануть сили взаємодії між ними, якщо, не змінюючи відстань між зарядами, збільшити модуль кожного з них в 3 рази?
1) 1 мкн 2) 3 мкн 3) 27 мкн 4) 81 мкн