Формула закону Кулона: основи електростатики
Формула закону Кулона є однією з фундаментальних основ класичної електростатики, яка описує силу взаємодії між двома точковими електричними зарядами. Цей закон грає ключову роль у фізиці, пояснюючи, як електричні заряди притягуються або відштовхуються в залежності від їхньої полярності.
Історія відкриття закону
Французький фізик Шарль Огюстен Кулон в 1785 році сформулював закон, який тепер носить його ім’я. Використовуючи свій винахід — крутильні ваги, він зміг виміряти силу електричної взаємодії між зарядами. Роботи Кулона заклали основу для подальшого розвитку електромагнетизму, зокрема, теорій Максвелла.
Формула закону Кулона
Закон Кулона математично виражається як:
F = k * (|q1 * q2| / r²)
- F — сила взаємодії між зарядами (в Ньютонах).
- k — коефіцієнт пропорційності (кулонівська стала), який дорівнює 8.9875 × 10⁹ Н·м²/Кл² у вакуумі.
- q1 та q2 — величини електричних зарядів (у кулонах).
- r — відстань між зарядами (в метрах).
Ця формула допомагає розрахувати величину електричної сили між двома зарядами в різних середовищах та на різних відстанях.
Особливості та застосування
Закон Кулона має декілька важливих особливостей та застосувань:
- Взаємодія заряджених частинок. Закон описує сили між точковими зарядами, що існують в багатьох фізичних системах, від атомів до великих електротехнічних конструкцій.
- Принцип суперпозиції. Сили, що діють з боку кількох заряджених тіл на даний заряд, додаються векторно — цей принцип застосовується для розрахунку електричних полів складних систем.
- Взаємодія в різних середовищах. Властивості середовища, яке оточує заряди, можуть суттєво змінити силу взаємодії між ними. У формулі закону Кулона це враховується через коефіцієнт діелектричної проникності середовища.
Таблиця значень важливих постійних
| Показник | Значення | Одиниця виміру |
|---|---|---|
| Кулонівська стала (k) | 8.9875 × 10⁹ | Н·м²/Кл² |
| Елементарний заряд (e) | 1.602 × 10⁻¹⁹ | Кл |
Висновки
Формула закону Кулона є основою для розуміння багатьох явищ у природі, де гравітаційні сили недостатні, щоб домінувати над електричними. Принципи, які лежать в її основі, поширюються на широкий спектр наукових і технічних дисциплін, від хімії до теорії інформації. Завдяки детальному вивченню та застосуванню закону Кулона вчені можуть краще зрозуміти та контролювати процеси, що відбуваються на атомному та молекулярному рівні.
