Закон Кулона

Известно, что каждое заряженное тело имеет электрическое поле. Можно также утверждать, что если есть электрическое по­ле, то есть заряженное тело, которому при­надлежит это поле. Итак, если рядом нахо­дятся два заряженных тела с электриче­скими зарядами, то можно сказать, что каж­дое из них находится в электрическом поле соседнего тела. А в таком случае на первое тело будет действовать сила

F₁ = q₁E₂,

где q₁ — заряд первого тела; E₂ — напря­женность поля второго тела. На второе те­ло, соответственно, будет действовать сила

F₂ = q₂E₁,

где q₂ — заряд первого тела; E₁ — напря­женность поля второго тела.

Электрически заряженное те­ло взаимодействует с элект­рическим полем другого заря­женного тела.

Если эти тела небольшие (точечные), то

E₁ = k • q₁ / r²,

E₂ = k • q₂ / r²,

Силы, действующие на каждое из взаимодействующих заря­женных тел, можно рассчи­тать, зная лишь их заряды и расстояние между ними.

Подставим значения напряженности и получим

F₁ = k • q₁q₂ / r² и F₂ = k • q₂q₁ / r².

Значение каждой силы выражается лишь через значение зарядов каждого тела и рас­стояние между ними. Таким образом, опре­делять силы, действующие на каждое тело, можно, пользуясь лишь знаниями об элект­рических зарядах тел и расстоянии между ними. На этом основании можно сформу­лировать один из фундаментальных законов электродинамики — закона Кулона.

Закон Кулона. Сила, действующая на неподвижное то­чечное тело с электрическим зарядом в поле другого неподвижного точечного тела с элект­рическим зарядом, пропорциональна произве­дению значений их зарядов и обратно пропор­циональна квадрату расстояния между ними.

В общем виде значение силы, о которой идет речь в формулировке закона Кулона, можно записать так:

F = k • q₁q₂ / r²,

В формуле для расчета силы взаимодей­ствия записаны значения зарядов обоих тел. Поэтому можно сделать вывод, что по мо­дулю обе силы равны. Тем не менее, по направлению — они противоположные. В слу­чае если заряды тел одноименные, тела от­талкиваются (рис. 4.48). Если заряды тел раз­ноименные, то тела притягиваются (рис. 4.49). Окончательно можно записать:

F̅₁ = -F̅₂.

Рис. 4.48. Силы взаимодействующих од­ноименно заряженных тел имеют про­тивоположные направления.

Рис. 4.49. Силы взаимодействующих раз­ноименно заряженных тел имеют про­тивоположные направления.

Записанное равенство подтверждает спра­ведливость III закона динамики Ньютона для электрических взаимодействий. Поэтому в одной из распространенных формулиро­вок закона Кулона говорится, что

сила взаи­модействия двух заряженных точечных тел пропорциональна произведению значений их за­рядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Если заряженные тела находятся в ди­электрике, то сила взаимодействия будет зависеть от диэлектрической проницаемости этого диэлектрика

F = k • q₁q₂ / εr².

Для удобства расчетов, базирующихся на законе Кулона, значение коэффициента k записывают иначе:

k = 1 / 4πε₀.

Величина ε₀ называется электрической по­стоянной. Ее значение вычисляется в соот­ветствии с определением:

9 • 10₉ Н•м₂/Кл₂ = 1 / 4πε₀,

ε₀ = (1 / 4π) • 9 • 10⁹ Н•м²/Кл² = 8,85 • 10^-12 Кл²/Н•м². Материал с сайта http://worldof.school

Таким образом, закон Кулона в общем случае можно выразить формулой

F = (1 / 4πε₀) • q₁q₂ / εr².

Закон Кулона является одним из фунда­ментальных законов природы. На нем бази­руется вся электродинамика, и не отмечено ни единого случая, когда бы нарушался закон Кулона. Существует единственное ог­раничение, которое касается действия за­кона Кулона на различных расстояниях. Счи­тается, что закон Кулона действует на рас­стояниях больше 10^-16 м и меньше несколь­ких километров.

При решении задач необходимо учиты­вать, что закон Кулона касается сил вза­имодействия точечных неподвижных заря­женных тел. Это сводит все задачи к задачам о взаимодействии неподвижных заряженных тел, в которых применяется два положения статики:

1. равнодействующая всех сил, действую­щих на тело, равна нулю;
2. сумма моментов сил равна нулю.

В подавляющем большинстве задач на применение закона Кулона достаточно учи­тывать лишь первое положение.

На этой странице материал по темам:

• Учитывает ли закон кулона действие окружающей среды на взаимодействующие. тела

• Реферат закон кулона

• Закон кулона что означают формулы

• К какому разделу физики относится закон кулона

• Формулы для решения задач на закон кулона

Вопросы по этому материалу:

• Как происходит взаимодействие между заряженными тела­ми?

• Почему можно говорить о взаимодействии заряженных тел?

• Какие ограничения существуют в формулировке закона Кулона относительно взаимодействующих тел?

• Как формулируется закон Кулона?

• Учитывает ли закон Кулона действие окружающей среды на взаимодействующие тела?

• Есть ли ограничение относительно действия закона Кулона?