Закон Кулона
Между электрическими зарядами действует сила. Как она зависит от величины зарядов и других факторов?
Этот вопрос исследовал в 1780-е годы французский физик Шарль Кулон (1736-1806). Он воспользовался крутильными весами, очень похожими на те, которые применял Кавендиш для определения гравитационной постоянной.
Если к шарику на конце стержня, подвешенного на нити, подности заряд, стержень слегка отклоняется, нить закручивается, и угол поворота нити будет пропорционален действующей между зарядами силе (крутильные весы). С помощью этого прибора Кулон определил зависимость силы от величины зарядов и расстояния между ними.
В те времена еще не было приборов для точного определения величины заряда, но Кулон сумел приготовить небольшие шарики с известным соотношением зарядов. Если заряженный проводящий шарик, рассуждал он, привести в соприкосновение с точно таким же незаряженным шариком, то имевшийся на первом заряд в силу симметрии распределится поровну между двумя шариками.
Опыты Кулона
Это дало ему возможность получать заряды, составлявшие 1/2, 1/4 и т.д. от первоначального.
Несмотря на некоторые трудности, связанные с индуцированием зарядов, Кулону удалось доказать, что сила, с которой одно заряженное тело действует на другое малое заряженное тело, прямо пропорциональна электрическому заряду каждого из них.
Другими словами, если заряд любого из этих тел удвоить, то удвоится и сила; если же удвоить одновременно заряды обоих тел, то сила станет вчетверо больше. Это справедливо при условии, что расстояние между телами остается постоянным.
Изменяя расстояние между телами, Кулон обнаружил, что действующая между ними сила обратно пропорциональна квадрату расстояния: если расстояние, скажем, удваивается, сила становится вчетверо меньше.
Итак, заключил Кулон, сила, с которой одно малое заряженное тело (в идеальном случае -точечный заряд, т.е. тело, подобно материальной точке не имеющее пространственных размеров) действует на другое заряженное тело, пропорциональна произведению их зарядов Q1 и Q2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:
Здесь k -коэффициент пропорциональности.
Это соотношение известно как закон Кулона; его справедливость подтверждена тщательными экспериментами, гораздо более точными, чем первоначальные трудно воспроизводимые опыты Кулона. Показатель степени 2 установлен в настоящее время с точностью 10 -16 , т.е. он равен 2 ± 2?10 -16 .
Коль скоро мы теперь имеем дело с новой величиной — электрическим зарядом, мы можем подобрать такую единицу измерения, чтобы постоянная к в формуле равнялась единице. И действительно, такая система единиц еще недавно широко использовалась в физике.
Речь идет о системе СГС (сантиметр-грамм-секунда), в которой используется электростатическая единица заряда СГСЭ. По определению два малых тела, каждое с зарядом 1 СГСЭ, расположенные на расстоянии 1 см друг от друга, взаимодействуют с силой 1 дина.
Как залить кулоны-контуры? 🌸 Летняя коллекция | Masherisha
Теперь, однако, заряд чаще всего выражают в системе СИ, где его единицей является кулон (Кл).
Точное определение кулона через электрический ток и магнитное поле мы приведем позднее.
В системе СИ постоянная k имеет величину k = 8,988?10 9 Нм 2 /Кл 2 .
Заряды, возникающие при электризации трением обычных предметов (расчески, пластмассовой линейки и т.п.), по порядку величины составляют микрокулон и меньше (1 мкКл = 10 -6 Кл).
Заряд электрона (отрицательный) приблизительно равен 1,602?10 -19 Кл. Это наименьший известный заряд; он имеет фундаментальное значение и обозначается символом е, его часто называют элементарным зарядом.
е = (1,6021892 ± 0,0000046)?10 -19 Кл, или е ? 1,602?10 -19 Кл.
Поскольку тело не может приобрести или потерять долю электрона, суммарный заряд тела должен быть целым кратным элементарного заряда. Говорят, что заряд квантуется (т.е. может принимать лишь дискретные значения). Однако, поскольку заряд электрона е очень мал, мы обычно не замечаем дискретности макроскопических зарядов (заряду 1 мкКл соответствуют примерно 10 13 электронов) и считаем заряд непрерывным.
Формула Кулона характеризует силу, с которой один заряд действует на другой. Эта сила направлена вдоль линии, соединяющей заряды. Если знаки зарядов одинаковы, то силы, действующие на заряды, направлены в противоположные стороны. Если же знаки зарядов различны, то действующие на заряды силы направлены навстречу друг другу.
Заметим, что в соответствии с третьим законом Ньютона сила, с которой один заряд действует на другой, равна по величине и противоположна по направлению силе, с которой второй заряд действует на первый.
Закон Кулона можно записать в векторной форме подобно закону всемирного тяготения Ньютона:
где F12 — вектор силы, действующей на заряд Q1 со стороны заряда Q2,
— расстояние между зарядами,
— единичный вектор, направленный от Q2 к Q1.
Следует иметь в виду, что формула применима лишь к телам, расстояние между которыми значительно больше их собственных размеров. В идеальном случае это точечные заряды. Для тел конечного размера не всегда ясно, как отсчитывать расстояние r между ними, тем более что распределение заряда может быть и неоднородным.
Если оба тела — сферы с равномерным распределением заряда, то r означает расстояние между центрами сфер. Важно также понимать, что формула определяет силу, действующую на данный заряд со стороны единственного заряда. Если система включает несколько (или много) заряженных тел, то результирующая сила, действующая на данный заряд, будет равнодействующей (векторной суммой) сил, действующих со стороны остальных зарядов. Постоянная к в формуле Закона Кулона обычно выражается через другую константу, ?, так называемую электрическую постоянную, которая связана с k соотношением k = 1/(4??). С учетом этого закон Кулона можно переписать в следующем виде:
где с наивысшей на сегодня точностью
Запись большинства других уравнений электромагнитной теории упрощается при использовании ?, поскольку 4? в окончательном результате часто сокращается. Поэтому мы будем обычно использовать Закон Кулона, считая, что:
Закон Кулона описывает силу, действующую между двумя покоящимися зарядами. Когда заряды движутся, между ними возникают дополнительные силы, и их мы обсудим в последующих главах. Здесь же рассматриваются только покоящиеся заряды; этот раздел учения об электричестве называется электростатикой.
Продолжение следует. Коротко о следующей публикации:
Электрическое поле — один из двух компонентов электромагнитного поля, представляющий собой векторное поле, существующее вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, либо возникающий при изменении магнитного поля.
ИсточникПодробнее об электрическом заряде
Как ни удивительно, но мы сталкиваемся со статическим электричеством ежедневно — когда гладим любимую кошку, расчесываем волосы или натягиваем свитер из синтетики. Так мы сами поневоле становимся генераторами статического электричества. Мы буквально купаемся в нём, ведь мы живем в сильном электростатическом поле Земли.
Это поле возникает из-за того, что её окружает ионосфера, верхний слой атмосферы — электропроводящий слой. Ионосфера образовалась под действием космического излучения и имеет свой заряд. Занимаясь обыденными делами вроде разогрева пищи, мы совершенно не задумываемся о том, что пользуемся статическим электричеством, повернув кран подачи газа на горелке с автоподжигом или поднеся к ней электрозажигалку.
Примеры статического электричества
Мы с детства инстинктивно боимся грома, хотя сам по себе он абсолютно безопасен — просто акустическое следствие грозного удара молнии, которая и вызвана атмосферным статическим электричеством. Моряки времён парусного флота впадали в священный трепет, наблюдая огоньки святого Эльма на своих мачтах, которые тоже являются проявлением атмосферного статического электричества. Люди наделяли верховных богов древних религий неотъемлемым атрибутом в виде молний, будь то греческий Зевс, римский Юпитер, скандинавский Тор или Перун русичей.
С тех пор, как люди впервые начали интересоваться электричеством, прошли века, и мы даже порой не подозреваем, что учёные, сделав из изучения статического электричества глубокомысленные выводы, спасают нас от ужасов пожаров и взрывов. Мы укротили электростатику, нацелив в небо пики громоотводов и снабдив бензовозы заземляющими устройствами, позволяющими электростатическим зарядам безопасно уходить в землю. И, тем не менее, статическое электричество продолжает хулиганить, создавая помехи приёму радиосигналов — ведь на Земле одновременно бушует до 2000 гроз, которые ежесекундно генерируют до 50 разрядов молний.
Исследованием статического электричества люди занимались с незапамятных времён; даже термину «электрон» мы обязаны древним грекам, хотя они подразумевали под этим несколько иное — так они называли янтарь, который прекрасно электризовался при трении (др. — греч. ἤλεκτρον — янтарь). К сожалению, наука о статическом электричестве не обошлась без жертв — российский учёный Георг Вильгельм Рихман во время проведения эксперимента был убит разрядом молнии, которая является наиболее грозным проявлением атмосферного статического электричества.
Статическое электричество и погода
В первом приближении, механизм образования зарядов грозового облака во многом сходен с механизмом электризации расчёски — в нём точно так же происходит электризация трением. Льдинки, образуясь из мелких капелек воды, охлаждённой из-за переноса восходящими потоками воздуха в верхнюю, более холодную, часть облака, сталкиваются между собой. Более крупные льдинки заряжаются при этом отрицательно, а меньшие — положительно. Из-за разницы в весе происходит перераспределение льдинок в облаке: крупные, более тяжёлые, опускаются в нижнюю часть облака, а более лёгкие льдинки меньшего размера собираются в верхней части грозового облака. Хотя всё облако в целом остаётся нейтральным, нижняя часть облака получает отрицательный заряд, а верхняя — положительный.
Подобно наэлектризованной расческе, притягивающей воздушный шарик из-за индуцирования на его ближней к расческе стороне противоположного заряда, грозовое облако индуцирует на поверхности Земли положительный заряд. По мере развития грозового облака, заряды увеличиваются, при этом растёт напряжённость поля между ними, и, когда напряжённость поля превысит критическое значение для данных погодных условий, происходит электрический пробой воздуха — разряд молнии.
Человечество обязано Бенджамину Франклину — впоследствии президенту Высшего исполнительного совета Пенсильвании и первому Генеральному почтмейстеру США — за изобретение громоотвода (точнее было бы назвать его молниеотводом), навсегда избавившего население Земли от пожаров, вызываемых попаданием молний в здания. Кстати, Франклин не стал патентовать своё изобретение, сделав его доступным для всего человечества.
Не всегда молнии несли только разрушения — уральские рудознатцы определяли расположение железных и медных руд именно по частоте ударов молний в определённые точки местности.
В числе учёных, посвятивших своё время исследованию явлений электростатики, необходимо упомянуть англичанина Майкла Фарадея, впоследствии одного из основателей электродинамики, и голландца Питера ван Мушенбрука, изобретателя прототипа электрического конденсатора — знаменитой лейденской банки.
Наблюдая за гонками DTM, IndyCar или Formula 1, мы даже не подозреваем, что механики зазывают пилотов для смены резины на дождевую, опираясь на данные метеорологических РЛС. А эти данные, в свою очередь, основаны именно на электрических характеристиках подступающих грозовых облаков.
Статическое электричество — наш друг и враг одновременно: его недолюбливают радиоинженеры, натягивая заземляющие браслеты при ремонте сгоревших плат в результате удара поблизости молнии — при этом, как правило, выходят из строя входные каскады оборудования. При неисправном заземляющем оборудовании оно может стать причиной тяжёлых техногенных катастроф с трагическими последствиями — пожаров и взрывов целых заводов.
Статическое электричество в медицине
Тем не менее, оно приходит на помощь людям при нарушениях сердечного ритма, вызванных хаотическими судорожными сокращениями сердца больного. Его нормальная работа восстанавливается пропусканием небольшого электростатического разряда при помощи прибора, называемого дефибриллятором. Сцена возвращения пациента с того света с помощью дефибриллятора является своего рода классикой для кино определённого жанра. При этом следует отметить, что в кино традиционно показывают монитор с отсутствующим сигналом сердцебиения и зловещей прямой линией, хотя на самом деле применение дефибриллятора не помогает, если сердце пациента остановилось.
Разрядники на крыле самолета Boeing 738-800 предназначены для снятия статического электричества для обеспечения надежной работы бортового электронного оборудования.
Другие примеры
Нелишне будет вспомнить о необходимости металлизации самолетов для защиты от статического электричества, то есть, соединения всех металлических частей самолета, включая двигатель, в одну электрически целостную конструкцию. На законцовках всего оперения самолета устанавливают статические разрядники для стекания статического электричества, накапливающегося во время полета вследствие трения воздуха о корпус самолета. Эти меры необходимы для защиты от помех, возникающих при разряде статического электричества, и обеспечения надежной работы бортового электронного оборудования.
Электростатика играет определённую роль в знакомстве учеников с разделом «Электричество» — более эффектных опытов, пожалуй, не знает ни один из разделов физики — тут тебе и волосы, вставшие дыбом, и погоня воздушного шарика за расческой, и таинственное свечение люминесцентных ламп безо всякого подключения проводов! А ведь этот эффект свечения газонаполненных приборов спасает жизни электромонтёрам, имеющих дело с высоким напряжением в современных линиях электропередач и распределительных сетях.
И самое главное, учёные пришли к выводу, что статическому электричеству, точнее его разрядам в виде молний, мы, вероятно, обязаны появлению жизни на Земле. В ходе экспериментов в середине прошлого века, с пропусканием электрических разрядов через смесь газов, близкую по составу к первичному составу атмосферы Земли, была получена одна из аминокислот, которая является «кирпичиком» нашей жизни.
Источники бесперебойного питания (ИБП) используются для защиты оборудования от провалов напряжения, пропадания электропитания и импульсов высокого напряжения в промышленной электросети, которые могут возникать во время непрямых ударов молний
Для укрощения электростатики очень важно знать разность потенциалов или электрическое напряжение, для измерения которого придуманы приборы, называемые вольтметрами. Ввел понятие электрического напряжения итальянский учёный 19-го века Алессандро Вольта, по имени которого и названа эта единица. В своё время для измерения электростатического напряжения использовались гальванометры, названные по имени соотечественника Вольта Луиджи Гальвани. К сожалению, эти приборы электродинамического типа вносили искажения в измерения.
Изучение статического электричества
К систематическому изучению природы электростатики учёные приступили со времён работ французского учёного 18-го века Шарля Огюстена де Кулона. В частности, он ввёл понятие электрического заряда и открыл закон взаимодействия зарядов. По его имени названа единица измерения количества электричества — кулон (Кл). Правда, ради исторической справедливости, надо заметить, что годами ранее этим занимался английский учёный лорд Генри Кавендиш; к сожалению, он писал в стол и его работы были опубликованы наследниками лишь спустя 100 лет.
Работы предшественников, посвященные законам электрических взаимодействий, дали возможность физикам Джорджу Грину, Карлу Фридриху Гауссу и Симеону Дени Пуассону создать изящную в математическом отношении теорию, которой мы пользуемся до сих пор. Главным принципом в электростатике является постулат об электроне — элементарной частице, входящей в состав любого атома и легко отделяющейся от него под воздействием внешних сил. Помимо этого, действуют постулаты об отталкивании одноимённых зарядов и притягивании разноимённых.
Измерение электричества
Одним из первых измерительных приборов явился простейший электроскоп, изобретённый английским священником и физиком Абрахамом Беннетом — два листочка золотой электропроводной фольги, помещённые в стеклянную ёмкость. С тех пор измерительные приборы значительно эволюционировали — и теперь они могут измерять разницу в единицы нанокулон. С помощью особо точных физических инструментов, российский учёный Абрам Иоффе и американский физик Роберт Эндрюс Милликен сумели измерить электрический заряд электрона
Ныне, с развитием цифровых технологий, появились сверхчувствительные и высокоточные приборы с уникальными характеристиками, которые, благодаря высокому входному сопротивлению, почти не вносят искажений в измерения. Помимо измерения напряжения такие приборы позволяют измерять и другие важные характеристики электрический цепей, таких, как омическое сопротивление и протекающий ток в широком диапазоне измерений. Самые продвинутые приборы, называемые из-за их многофункциональности мультиметрами, или, на профессиональном жаргоне, тестерами, позволяют измерять также и частоту переменного тока, емкость конденсаторов и осуществлять проверку транзисторов и даже измерять температуру.
Как правило, современные приборы имеют встроенную защиту, не позволяющую вывести прибор из строя при неправильном применении. Они компактны, просты в обращении и абсолютно безопасны в работе — каждый из них проходит через ряд испытаний на точность, проверяется в тяжёлых режимах работы и заслужено получает сертификат безопасности.
ИсточникСколько мкК в переменном токе?
Как вы конвертируете C в mC? Чтобы преобразовать измерение кулона в измерение милликулона, умножьте электрический заряд на коэффициент преобразования. Электрический заряд в милликулонах равен кулонам, умноженным на 1,000.
Похожие страницы:Блог
Какие есть 3 вида налогов?
Как найти среднюю точку между двумя точками?
Как вы делаете кадровые прогнозы?
Как найти начальную скорость, зная только время?
Как вы конвертируете KV в V? Чтобы преобразовать киловольтное измерение в вольтовое, умножьте напряжение на коэффициент преобразования. Напряжение в вольтах равно киловольтам, умноженным на 1,000.
Во-вторых, за что отвечает mC? Милликулон 1 / 1,000 кулонов, который представляет собой электрический заряд, равный одному амперу тока за одну секунду. Милликулон кратен кулону, который является производной единицей измерения электрического заряда в системе СИ. В метрической системе «милли» — это префикс для 10 – 3 .
Сколько нКл в переменном токе?
Таблица преобразования нанокулонов в кулоны
| Нанокулоны | кулонов |
|---|---|
| 1 нКл | 0.000000001 C |
| 2 нКл | 0.000000002 C |
| 3 нКл | 0.000000003 C |
| 4 нКл | 0.000000004 C |
тогда как вы конвертируете C в MC? Чтобы преобразовать измерение кулона в измерение милликулона, умножьте электрический заряд на коэффициент преобразования. Электрический заряд в милликулонах равен кулонам, умноженным на 1,000.
В чем ценность МК? СМ = М + С = 1000 + 100 = 1100. Следовательно, значение римских цифр MC равно 1100.
Как преобразовать kC в C?
кС↔С 1 кКл = 1000 С.
Как изменить J на MJ? Чтобы преобразовать измерение в джоулях в измерение в мегаджоулях, разделите энергию на коэффициент преобразования. Энергия в мегаджоулях равна джоулю, деленному на 1,000,000 XNUMX XNUMX.
КВ больше, чем В?
Преобразование киловольт (кВ) в вольты (В) — калькулятор и как преобразовать.
.
Таблица преобразования киловольт в вольт.
| Киловольт (кВ) | Вольт (В) |
|---|---|
| 0.001 кВ | 1 V |
| 0.01 кВ | 10 V |
| 0.1 кВ | 100 V |
| 1 кВ | 1000 V |
Как вы конвертируете кВ в EV? Определение: киловольт
Префикс SI «килограмм» представляет собой коэффициент 10. 3 , или в экспоненциальной записи, 1E3. Так 1 киловольт = 10 3 вольт. Определение вольта следующее: Вольт (обозначение: В) — производная единица измерения разности электрических потенциалов или электродвижущей силы в системе СИ, широко известная как напряжение.
Как перевести киловольты в мегавольты?
Чтобы преобразовать киловольтное измерение в мегавольтное, разделите напряжение на коэффициент преобразования. Напряжение в мегавольтах равно киловольтам, деленным на 1,000.
Как мне преобразовать в мА?
Формула (А) * (1000) = (мА). Например, если у вас 2 А, то количество миллиампер будет (1000) * (2) = (2000) мА.
Как перевести mN в n? Укажите значения ниже, чтобы преобразовать миллиньютон [мН] в ньютон [Н] или наоборот.
.
Таблица перевода миллиньютона в ньютона.
| Миллиньютон [мН] | Ньютон [N] |
|---|---|
| 0.1 мН | 0.0001 N |
| 1 мН | 0.001 N |
| 2 мН | 0.002 N |
| 3 мН | 0.003 N |
Как вы конвертируете V в KV? Чтобы преобразовать измерение вольта в измерение киловольта, разделите напряжение на коэффициент преобразования. Напряжение в киловольтах равно вольтам, деленным на 1,000.
Какой регион НК?
слушай)) это состояние в Юго-Восточный регион г. Соединенные Штаты. Северная Каролина занимает 28-е место по величине и 9-е место по численности населения среди 50 штатов США.
.
| Северная Каролина | |
|---|---|
| Карта Соединенных Штатов с выделенной Северной Каролиной | |
| Страна | США |
| До государственности | Провинция Северная Каролина |
Как преобразовать F в PF? Чтобы преобразовать измерение фарад в измерение пикофарад, умножьте емкость на коэффициент преобразования. Емкость в пикофарадах равна фарадам, умноженным на 1,000,000,000,000 XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX.
Что такое mC в математике?
Ответ имеет 6 голосов. На данный момент проголосовал за лучший ответ. E=mC^2 означает: Энергия в веществе равна (масса вещества, умноженная на скорость света) раз сам.
Сколько мА в ампер? Миллиампер в Ампер Таблица перевода
| Миллиампер [мА] | Ампер [A] |
|---|---|
| 20 мА | 0.02 |
| 50 мА | 0.05 |
| 100 мА | 0.1 |
| 1000 мА | 1 |
Как преобразовать V в MV?
Чтобы преобразовать измерение вольт в милливольт, умножьте напряжение на коэффициент преобразования. Напряжение в милливольтах равно равно вольт, умноженному на 1,000.
Как перевести Дж в кДж? Чтобы преобразовать измерение в джоулях в измерение в килоджоулях, разделите энергию на коэффициент преобразования. Энергия в килоджоули равны джоулям, деленным на 1,000.
Сколько джоулей в 20 мДж?
Укажите ниже значения для преобразования мегаджоулей [МДж] в джоуль [Дж] или наоборот.
.
Таблица преобразования мегаджоулей в Джоуль.
| Мегаджоуль [MJ] | Джоуль [Дж] |
|---|---|
| 0.1 MJ | 100000 J |
| 1 MJ | 1000000 J |
| 2 MJ | 2000000 J |
| 3 MJ | 3000000 J |
В чем разница между кДж и Дж? Джоули и килоджоули — это единицы международной системы единиц (СИ), которые измеряют энергию. Стандартным символом для Джоуля является J, а для КилоДжоуля — KJ. 1 Дж точно соответствует 0.001 кДж, следовательно, в килоджоуле 1,000 джоулей.
Источник