Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес
оригинального документа
: http://www.schools.keldysh.ru/school1413/pro_2005/nov/e_stat_2.html
Дата изменения: Wed Jun 8 11:39:24 2005 Дата индексирования: Sat Dec 22 02:41:42 2007 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: п п п п п п п п п п п п п п п п |
Закон Кулона количественно описывает взаимодействие заряженных тел. Он является фундаментальным законом, то есть установлен при помощи эксперимента и не следует ни из какого другого закона природы. Он сформулирован для неподвижных точечных зарядов в вакууме. В реальности точечных зарядов не существует, но такими можно считать заряды, размеры которых значительно меньше расстояния между ними. Сила взаимодействия в воздухе почти не отличается от силы взаимодействия в вакууме (она слабее менее чем на одну тысячную).
Шарль Огюстен Кулон использовал для определения силы взаимодействия зарядов крутильные весы,
которые состоят из палочки, подвешенной на проволочке. На одном конце палочки был закреплен
бузиновый шарик, на другом - противовес; еще один такой же бузиновый шарик был закреплен на
крышке весов. Его достали, зарядили, привели в соприкосновение с первым шариком, врезультате
чего оба шарика приобрели заряд одного знака и стали отталкиваться, при этом проволока весов
закрутилась на угол α1. После этого шарики сблизили до угла α2=
α1/2, при этом верхний конец нити пришлось повернуть на 7/2α1, то
есть общий угол закручивания нити составил 4α1. Так как сила, упругости при
деформации кручения прямо пропорциональна углу закручивания, то она увеличилась в 4 раза,
следовательно, увеличилась в 4 раза и сила отталкивания. Углы закручивания были малыми, поэтому
расстояние между шариками уменьшилось во столько же раз, во сколько и угол, то есть в 2 раза.
Отсюда следует, что сила взаимодействия зарядов обратно пропорциональна квадрату расстояния
между ними. После этого одного из шариков касались таким же незаряженным, заряд уменьшался в 2
раза, во столько же раз уменьшалась и сила взаимодействия, следовательно, она прямо
пропорциональна произведению зарядов. Обобщив эти выводы, в 1785 году Кулон установил
Закон Кулона: сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо
пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между
ними.
Эта сила называется кулоновской. Она направлена вдоль прямой, соединяющей тела, то есть
является центральной. Кулоновская сила может быть как силой притяжения, так и силой отталкивания;
положительной считают силу отталкивания. Поэтому закон Кулона можно записать в векторном виде:
Вычисления при помощи закона Кулона требуют определения единицы заряда. Но создать эталон
заряда невозможно, так как утечка заряда с тела неизбежна. Наиболее разумно было бы принять за
единицу измерения заряд электрона, что и сделано в атомной физике, но во времена появления
электростатики об элементарных частицах еще не знали.
Можно установить единицу измерения заряда через закон Кулона, это рационально сделать так,
чтобы коэффициент k был равен единице. Именно так определяется единица заряда в абсолютной
(гауссовой) системе единиц. Точечный заряд, действующий в вакууме на равный ему заряд,
находящийся на расстоянии 10-2 м с силой 10-5 Н равен 1 СГСЭq.
В Международной системе единиц (СИ) единица заряда также является производной. 1 Кулон (Кл)
равен заряду, проходящему за 1 секунду через поперечное сечение проводника при силе тока в нем в
1 ампер. Связь между единицами заряда:
|q1||q2|
F=k —————.
r2
R
q1q2 R
F12=k————— r12.
r123
Закон Кулона по форме похож на закон всемирного тяготения. Сила взаимодействия двух тел,
обладающих массой, пропорциональна произведению их масс, а сила взаимодействия тел, обладающих
зарядом пропорциональна произведению их зарядов. Сила обоих взаимодействий обратно
пропорциональна квадрату расстояния между телами. Но гравитационные силы - всегда силы
притяжения, массы всегда положительны, а кулоновские силы могут быть и силами притяжения и
силами отталкивания, так как существуют заряды двух видов: положительные и отрицательные -
причем заряды одинакового знака отталкиваются.
1Кл=3*109 СГСЭq.
e=1,6*10-19 Кл
= 4,8*10-10 СГСЭq.
В системе СИ коэффициент k в законе Кулона не равен единице и имеет размерность:
k=9*109 Н*м2/Кл2.
Многие уравнения электродинамики упрощаются при записи коэффициента k в виде
k=1/4πε0
,где
ε0=8,85*10-12 Кл2/(Н*м2)
- электрическая постоянная.