Взаимодействие зарядов. Закон Кулона

Первые количественные результаты по измерению силы взаимодействия зарядов были получены в 1785 г. французским учёным Шарлем Огюстеном Кулоном.

Кулон для измерения этой силы использовал крутильные весы. Их основным элементом был лёгкий изолирующий стержень (коромысло), подвешенный за его середину на серебряной упругой нити.

Маленькая тонкая незаряженная золотая сфера на одном конце коромысла уравновешивалась бумажным диском на другом конце. Поворотом коромысла она приводилась в контакт такой же неподвижной заряженной сферой, в результате чего её заряд делился поровну между сферами.

Диаметр сфер выбирался много меньше, чем расстояние между сферами, чтобы исключить влияние размеров и формы заряда на результаты измерений.

2

Рисунок.1. Прибор Кулона.

Точечный заряд – заряженное тело, размер которого много меньше расстояния его возможного действия на другие тела.

Сферы, имеющие одноимённые заряды, начинали отталкиваться, закручивая упругую нить. Максимальный угол α поворота коромысла, фиксируемый по наружной шкале, был пропорционален силе, действующей на сферу.

Кулон определил силу взаимодействия заряженных сфер по углу поворота коромысла.

Разряжая сферу после измерения силы и соединяя её вновь с неподвижной сферой, Кулон уменьшал заряд на взаимодействующих сферах в 2, 4, 8,…раз.

Установка позволяла также изменять расстояние между заряженными сферами поворотом коромысла с помощью градуированной шкалы.

Закон Кулона: Сила взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, прямо пропорциональна произведению модулей зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена по прямой, соединяющей заряды:

F₁₂ = kq₁q₂/r² (2)

где q₁, q₂ – величина зарядов, r – расстояние между зарядами, k – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц.

В СИ единица заряда является не основной, а производной. Кулон определяют с помощью Ампера (основной единицы силы тока вСИ).

Кулон – электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за 1 с.

k = 9∙10⁹ Н∙м²/Кл²

Часто его записывают в виде:

k = 1/4πε₀,

где ε₀ = 8,85∙10^-12 Кл²/(Н∙м²) – электрическая постоянная.

Согласно закону Кулона два точечных заряда по 1 Кл, расположенных в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, взаимодействуют с силой

F = 9∙10⁹ Н,

примерно равной весу египетских пирамид.

Из этой оценки ясно, что Кулон – очень большая единица заряда. На практике поэтому обычно пользуются дольными единицами Кулона:

1 мкКл = 10^-6 Кл,

1 мКл = 10^-3 Кл.

Date: 2015-05-17; view: 964; Нарушение авторских прав