Entre los cuerpos cargados existe una fuerza de interacción por la cual pueden atraerse o repelerse entre sí. La ley de Coulomb describe esta fuerza, muestra el grado de su acción, dependiendo del tamaño y la forma del propio cuerpo. Esta ley física será discutida en este artículo.
Contenido
- 1 Cargas puntuales estacionarias
- 2 Balanza de torsión de Charles Coulomb
- 3 Factor de proporcionalidad k y constante eléctrica
- 4 La dirección de la fuerza de Coulomb y la forma vectorial de la fórmula
- 5 Donde se aplica la ley de Coulomb en la práctica
- 6 Dirección de fuerzas en la ley de Coulomb
- 7 Historia del descubrimiento de la ley.
Cargas puntuales estacionarias
La ley de Coulomb se aplica a cuerpos estacionarios que son mucho más pequeños que su distancia a otros objetos. Una carga eléctrica puntual se concentra en tales cuerpos. Al resolver problemas físicos, se desprecian las dimensiones de los cuerpos considerados, porque en realidad no importan.
En la práctica, las cargas puntuales en reposo se representan de la siguiente manera:
en este caso q1 yq2 - esto es positivo cargas eléctricas, y sobre ellas actúa la fuerza de Coulomb (no mostrada en la figura). El tamaño de las entidades de puntos no importa.
¡Nota! Las cargas en reposo se ubican a una distancia determinada entre sí, lo que en los problemas suele denotarse con la letra r. Más adelante en el artículo, estos cargos serán considerados en el vacío.
Balanza de torsión de Charles Coulomb
Este dispositivo, desarrollado por Coulomb en 1777, ayudó a deducir la dependencia de la fuerza que más tarde llevaría su nombre. Con su ayuda, se estudia la interacción de las cargas puntuales, así como los polos magnéticos.
Una balanza de torsión tiene un pequeño hilo de seda situado en un plano vertical del que cuelga una palanca equilibrada. Las cargas puntuales se encuentran en los extremos de la palanca.
Bajo la acción de fuerzas externas, la palanca comienza a moverse horizontalmente. La palanca se moverá en el plano hasta que quede equilibrada por la fuerza elástica del hilo.
En el proceso de movimiento, la palanca se desvía del eje vertical en un cierto ángulo. Se toma como d y se llama ángulo de rotación. Conociendo el valor de este parámetro, es posible encontrar el momento de torsión de las fuerzas que surgen.
El balance de torsión de Charles Coulomb se ve así:
Factor de proporcionalidad k y constante eléctrica 
En la fórmula de la ley de Coulomb hay parámetros k - el coeficiente de proporcionalidad o es la constante eléctrica. constante eléctrica presentado en muchos libros de referencia, libros de texto, Internet, ¡y no necesita ser contado! Factor de proporcionalidad de vacío basado en se puede encontrar mediante la conocida fórmula:
Aquí 
es la constante eléctrica,
- Pi,
es el coeficiente de proporcionalidad en el vacío.
¡Información Adicional! Sin conocer los parámetros presentados anteriormente, no funcionará encontrar la fuerza de interacción entre dos cargas eléctricas puntuales.
Formulación y fórmula de la ley de Coulomb
Para resumir lo anterior, es necesario dar la formulación oficial de la ley principal de la electrostática. Toma la forma:
La fuerza de interacción de dos cargas puntuales en reposo en el vacío es directamente proporcional al producto de estas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Además, el producto de las cargas debe tomarse módulo!
En esta fórmula q1 yq2 son cargas puntuales, cuerpos considerados; r2 - la distancia en el plano entre estos cuerpos, tomada en el cuadrado; k es el coeficiente de proporcionalidad (
para vacío).
La dirección de la fuerza de Coulomb y la forma vectorial de la fórmula
Para una comprensión completa de la fórmula, se puede visualizar la ley de Coulomb:
F1,2 - la fuerza de interacción de la primera carga con respecto a la segunda.
F2,1 - la fuerza de interacción de la segunda carga en relación con la primera.
Además, al resolver problemas de electrostática, es necesario tener en cuenta una regla importante: las cargas eléctricas del mismo nombre se repelen y las cargas opuestas se atraen. La ubicación de las fuerzas de interacción en la figura depende de esto.
Si se consideran cargas opuestas, entonces las fuerzas de su interacción se dirigirán entre sí, representando su atracción.
La fórmula de la ley básica de la electrostática en forma vectorial se puede representar de la siguiente manera:
es la fuerza que actúa sobre la carga puntual q1, desde el lado de la carga q2,
es el radio vector que conecta la carga q2 con la carga q1,
¡Importante! Habiendo escrito la fórmula en forma vectorial, será necesario proyectar sobre el eje las fuerzas que interactúan de dos cargas eléctricas puntuales para poner los signos correctamente. Esta acción es una formalidad y, a menudo, se realiza mentalmente sin notas.
Donde se aplica la ley de Coulomb en la práctica
La ley básica de la electrostática es el descubrimiento más importante de Charles Coulomb, que ha encontrado su aplicación en muchas áreas.
Los trabajos del famoso físico se utilizaron en el proceso de inventar varios dispositivos, dispositivos, aparatos. Por ejemplo, un pararrayos.
Con la ayuda de un pararrayos, los edificios residenciales y los edificios están protegidos de los rayos durante una tormenta eléctrica. Así, se aumenta el grado de protección de los equipos eléctricos.
El pararrayos funciona según el siguiente principio: durante una tormenta eléctrica, las fuertes cargas de inducción comienzan a acumularse gradualmente en el suelo, las cuales se elevan y son atraídas por las nubes. En este caso, se forma un campo eléctrico bastante grande en el suelo. Cerca del pararrayos, el campo eléctrico se vuelve más fuerte, por lo que se enciende una carga eléctrica de corona desde la punta del dispositivo.
Además, la carga formada en el suelo comienza a ser atraída por la carga de la nube con el signo opuesto, como debería ser según la ley de Charles Coulomb. Después de eso, el aire pasa por el proceso de ionización y la intensidad del campo eléctrico se vuelve menor cerca del extremo del pararrayos. Por lo tanto, el riesgo de que un rayo entre en el edificio es mínimo.
¡Nota! Si se golpea el edificio en el que está instalado el pararrayos, no habrá fuego y toda la energía irá al suelo.
Basado en la ley de Coulomb, se desarrolló un dispositivo llamado "Acelerador de partículas", que tiene una gran demanda en la actualidad.
En este dispositivo, se crea un fuerte campo eléctrico, lo que aumenta la energía de las partículas que caen en él.
Dirección de fuerzas en la ley de Coulomb
Como se mencionó anteriormente, la dirección de las fuerzas que interactúan de dos cargas eléctricas puntuales depende de su polaridad. Aquellos. Las cargas del mismo nombre se repelerán y las cargas de cargas opuestas se atraerán.
Las fuerzas de Coulomb también se pueden llamar radio vector, porque se dirigen a lo largo de la línea trazada entre ellos.
En algunos problemas físicos, se dan cuerpos de forma compleja, que no pueden tomarse como una carga eléctrica puntual, es decir ignorar su tamaño. En esta situación, el cuerpo en consideración debe dividirse en varias partes pequeñas y cada parte debe calcularse por separado, utilizando la ley de Coulomb.
Los vectores de fuerza obtenidos por división se resumen de acuerdo con las reglas del álgebra y la geometría. El resultado es la fuerza resultante, que será la respuesta a este problema. Este método de resolución a menudo se llama el método del triángulo.
Historia del descubrimiento de la ley.
Las interacciones de dos cargas puntuales por la ley considerada anteriormente fueron probadas por primera vez en 1785 por Charles Coulomb. El físico logró demostrar la veracidad de la ley formulada utilizando balanzas de torsión, cuyo principio de funcionamiento también se presentó en el artículo.
Coulomb también demostró que no hay carga eléctrica dentro de un capacitor esférico. Entonces llegó a la afirmación de que la magnitud de las fuerzas electrostáticas se puede cambiar cambiando la distancia entre los cuerpos bajo consideración.
Por lo tanto, la ley de Coulomb sigue siendo la ley más importante de la electrostática, sobre la base de la cual se han realizado muchos de los mayores descubrimientos. En el marco de este artículo, se presentó la redacción oficial de la ley, así como se describieron en detalle sus partes integrantes.
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