Loi de Coulomb, définition et formule - charges électriques ponctuelles et leur interaction

Entre les corps chargés, il existe une force d'interaction grâce à laquelle ils peuvent s'attirer ou se repousser. La loi de Coulomb décrit cette force, montre le degré de son action, en fonction de la taille et de la forme du corps lui-même. Cette loi physique sera discutée dans cet article.

Formule de la loi de Coulomb.

Contenu

1 Frais de points fixes
2 Balance de torsion de Charles Coulomb
3 Facteur de proportionnalité k et constante électrique
4 La direction de la force de Coulomb et la forme vectorielle de la formule
5 Où la loi de Coulomb est-elle appliquée en pratique ?
6 Direction des forces dans la loi de Coulomb
7 Histoire de la découverte du droit

Frais de points fixes

La loi de Coulomb s'applique aux corps immobiles qui sont beaucoup plus petits que leur distance par rapport aux autres objets. Une charge électrique ponctuelle est concentrée sur ces corps. Lors de la résolution de problèmes physiques, les dimensions des corps considérés sont négligées, car ils n'ont pas vraiment d'importance.

En pratique, les charges ponctuelles au repos sont représentées comme suit :

Charge ponctuelle chargée positivement q1.

Dans ce cas q₁ et q₂ - c'est positif charges électriques, et la force de Coulomb agit sur eux (non représenté sur la figure). La taille des entités ponctuelles n'a pas d'importance.

Noter! Les charges au repos sont situées à une distance donnée les unes des autres, ce qui dans les problèmes est généralement désigné par la lettre r. Plus loin dans l'article, ces frais seront considérés dans le vide.

Balance de torsion de Charles Coulomb

Ce dispositif, mis au point par Coulomb en 1777, a permis de déduire la dépendance de la force qui portera plus tard son nom. Avec son aide, l'interaction des charges ponctuelles, ainsi que des pôles magnétiques, est étudiée.

Une balance à torsion a un petit fil de soie situé dans un plan vertical à partir duquel un levier équilibré est suspendu. Les charges ponctuelles sont situées aux extrémités du levier.

Sous l'action de forces extérieures, le levier commence à se déplacer horizontalement. Le levier se déplacera dans le plan jusqu'à ce qu'il soit équilibré par la force élastique du fil.

En cours de mouvement, le levier s'écarte de l'axe vertical d'un certain angle. Il est pris comme d et s'appelle l'angle de rotation. Connaissant la valeur de ce paramètre, il est possible de trouver le couple des forces générées.

Le bilan de torsion de Charles Coulomb ressemble à ceci :

Balance de torsion de Charles Coulomb.

Facteur de proportionnalité k et constante électrique $\varepsilon_0$

Dans la formule de la loi de Coulomb, il y a des paramètres k - le coefficient de proportionnalité ou $\varepsilon_0$ est la constante électrique. Constante électrique $\varepsilon_0$ présenté dans de nombreux ouvrages de référence, manuels scolaires, Internet, et il n'a pas besoin d'être compté ! Facteur de proportionnalité du vide basé sur $\varepsilon_0$ peut être trouvée par la formule bien connue :

$k = \frac {1}{4\cdot \pi\cdot \varepsilon_0}$

Ici $\varepsilon_0=8.85\cdot 10^{-12} \frac {C^2}{H\cdot m^2}$ est la constante électrique,

$\pi=3.14$ - Pi,

$k=9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ est le coefficient de proportionnalité dans le vide.

Informations Complémentaires! Sans connaître les paramètres présentés ci-dessus, il ne fonctionnera pas pour trouver la force d'interaction entre deux charges électriques ponctuelles.
Formulation et formule de la loi de Coulomb

Pour résumer ce qui précède, il est nécessaire de donner la formulation officielle de la loi principale de l'électrostatique. Il prend la forme :

La force d'interaction de deux charges ponctuelles au repos dans le vide est directement proportionnelle au produit de ces charges et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. De plus, le produit des charges doit être pris modulo !

$F=k\cdot \frac {|q_1|\cdot |q_2|}{r^2}$

Dans cette formule q₁ et q₂sont des charges ponctuelles, considérées comme des corps ; r² - la distance dans le plan entre ces corps, prise dans le carré ; k est le coefficient de proportionnalité ( $9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ pour le vide).

La direction de la force de Coulomb et la forme vectorielle de la formule

Pour une compréhension complète de la formule, la loi de Coulomb peut être visualisée :

La direction de la force de Coulomb pour deux charges ponctuelles de même polarité.

F_1,2- la force d'interaction de la première charge par rapport à la seconde.

F_2,1- la force d'interaction de la seconde charge par rapport à la première.

De plus, lors de la résolution de problèmes d'électrostatique, il est nécessaire de prendre en compte une règle importante: les charges électriques du même nom se repoussent et les charges opposées s'attirent. L'emplacement des forces d'interaction sur la figure en dépend.

Si des charges opposées sont considérées, alors les forces de leur interaction seront dirigées l'une vers l'autre, illustrant leur attraction.

Direction de la force de Coulomb pour deux charges ponctuelles de polarité différente.

La formule de la loi fondamentale de l'électrostatique sous forme vectorielle peut être représentée comme suit :

$\vec F_1_2=\frac {1}{4\cdot \pi\cdot \varepsilon_0}\cdot \frac {q_1\cdot q_2}{r_1_2^3}\cdot \vec r_1_2$

$\vec F_1_2$ est la force agissant sur la charge ponctuelle q1, du côté de la charge q2,

$\vec r_1_2$ est le rayon vecteur reliant la charge q2 à la charge q1,

$r=|\vec r_1_2|$

Important! Après avoir écrit la formule sous forme vectorielle, les forces d'interaction de deux charges électriques ponctuelles devront être projetées sur l'axe afin de mettre les signes correctement. Cette action est une formalité et est souvent effectuée mentalement sans aucune note.

Où la loi de Coulomb est-elle appliquée en pratique ?

La loi fondamentale de l'électrostatique est la découverte la plus importante de Charles Coulomb, qui a trouvé son application dans de nombreux domaines.

Les travaux du célèbre physicien ont été utilisés dans le processus d'invention de divers dispositifs, dispositifs, appareils. Par exemple, un paratonnerre.

À l'aide d'un paratonnerre, les bâtiments résidentiels et les bâtiments sont protégés de la foudre lors d'un orage. Ainsi, le degré de protection des équipements électriques est augmenté.

Le paratonnerre fonctionne selon le principe suivant : lors d'un orage, de fortes charges d'induction commencent progressivement à s'accumuler au sol, qui s'élèvent et sont attirées par les nuages. Dans ce cas, un champ électrique assez important se forme au sol. Près du paratonnerre, le champ électrique devient plus fort, grâce à quoi une charge électrique corona est allumée à partir de la pointe de l'appareil.

De plus, la charge formée au sol commence à être attirée par la charge du nuage de signe opposé, comme cela devrait être selon la loi de Charles Coulomb. Après cela, l'air passe par le processus d'ionisation et l'intensité du champ électrique diminue près de l'extrémité du paratonnerre. Ainsi, le risque que la foudre pénètre dans le bâtiment est minime.

Noter! Si le bâtiment sur lequel le paratonnerre est installé est frappé, il n'y aura pas d'incendie et toute l'énergie ira dans le sol.

Sur la base de la loi de Coulomb, un dispositif appelé "Accélérateur de particules" a été développé, qui est aujourd'hui très demandé.

Dans cet appareil, un fort champ électrique est créé, ce qui augmente l'énergie des particules qui y tombent.

Direction des forces dans la loi de Coulomb

Comme mentionné ci-dessus, la direction des forces d'interaction de deux charges électriques ponctuelles dépend de leur polarité. Ceux. Les charges du même nom se repousseront et les charges de charges opposées s'attireront.

Les forces de Coulomb peuvent également être appelées rayon vecteur, car ils sont dirigés le long de la ligne tracée entre eux.

Dans certains problèmes physiques, des corps de forme complexe sont donnés, qui ne peuvent pas être pris pour une charge électrique ponctuelle, c'est-à-dire ignorer sa taille. Dans cette situation, le corps considéré doit être divisé en plusieurs petites parties et chaque partie doit être calculée séparément, en utilisant la loi de Coulomb.

Les vecteurs de force obtenus par découpage sont résumés selon les règles de l'algèbre et de la géométrie. Le résultat est la force résultante, qui sera la réponse à ce problème. Cette méthode de résolution est souvent appelée la méthode du triangle.

La direction des vecteurs de force de Coulomb.

Histoire de la découverte du droit

Les interactions de deux charges ponctuelles par la loi considérée ci-dessus ont été prouvées pour la première fois en 1785 par Charles Coulomb. Le physicien a réussi à prouver la véracité de la loi formulée à l'aide de balances de torsion, dont le principe de fonctionnement a également été présenté dans l'article.

Coulomb a également prouvé qu'il n'y a pas de charge électrique à l'intérieur d'un condensateur sphérique. Il en est donc venu à l'affirmation selon laquelle l'amplitude des forces électrostatiques peut être modifiée en modifiant la distance entre les corps considérés.

Ainsi, la loi de Coulomb est toujours la loi la plus importante de l'électrostatique, sur la base de laquelle bon nombre des plus grandes découvertes ont été faites. Dans le cadre de cet article, le libellé officiel de la loi a été présenté, ainsi que ses éléments constitutifs ont été décrits en détail.