Coulomb-wet: wat is het, formule en voorbeelden

Wat is de wet van Coulomb?

De wet van Coulomb wordt gebruikt op het gebied van de natuurkunde om de elektrische kracht te berekenen die werkt tussen twee rustende ladingen.

Met deze wet is het mogelijk te voorspellen wat de elektrostatische aantrekkingskracht of afstoting is die tussen twee deeltjes bestaat, afhankelijk van hun elektrische lading en de afstand daartussen.

De wet van Coulomb dankt zijn naam aan de Franse natuurkundige Charles-Augustin de Coulomb, die deze wet in 1875 heeft uitgesproken en die de basis vormt van de elektrostatica:

"De grootte van elk van de elektrische krachten waarmee twee puntladingen in rust samenwerken, is recht evenredig met het product van de omvang van beide ladingen en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand die ze scheidt en heeft de richting van de lijn die ze verbindt. De kracht is afstoting als de ladingen hetzelfde teken hebben, en aantrekkingskracht als ze het tegenovergestelde teken hebben ”.

Deze wet wordt als volgt weergegeven:

• F = elektrische aantrekkingskracht of afstoting in Newton (N). Gelijke ladingen stoten af ​​en tegengestelde ladingen trekken aan. k = is de Coulomb-constante of elektrische constante van evenredigheid. De kracht varieert afhankelijk van de elektrische permittiviteit (ε) van het medium, of het nu water, lucht, olie, vacuüm is. q = waarde van elektrische ladingen gemeten in Coulomb (C). r = afstand die de belastingen scheidt en die wordt gemeten in meters (m).

Opgemerkt moet worden dat de elektrische permittiviteit van vacuüm constant is en een van de meest gebruikte. Het wordt als volgt berekend: ε ₀ = 8,8541878176x10 ^-12 C ² / (N · m ²). Het is uiterst belangrijk om rekening te houden met de permittiviteit van het materiaal.

De waarde van de Coulomb-constante in het internationale meetsysteem is:

Deze wet houdt alleen rekening met de interactie tussen twee puntladingen tegelijkertijd en bepaalt alleen de kracht die bestaat tussen q ₁ en q ₂ zonder rekening te houden met de belastingen eromheen.

Coulomb was in staat om de eigenschappen van elektrostatische kracht te bepalen door een torsiebalans te ontwikkelen als studie-instrument, dat bestond uit een staaf die aan een vezel hing en die kon draaien en terugkeren naar zijn oorspronkelijke positie.

Op deze manier kon Coulomb de kracht meten die op een punt op de staaf werd uitgeoefend door verschillende geladen bollen op verschillende afstanden te plaatsen om de aantrekkingskracht of afstoting te meten terwijl de staaf draaide.

Elektrostatische kracht

Elektrische lading is een eigenschap van materie en is de oorzaak van fenomenen die verband houden met elektriciteit.

Elektrostatica is de tak van de fysica die de effecten bestudeert die in lichamen worden gegenereerd op basis van hun elektrische ladingen in evenwicht.

De elektrische kracht (F) is evenredig met de verzamelde belastingen en omgekeerd evenredig met de afstand daartussen. Deze kracht werkt radiaal tussen de belastingen, dat wil zeggen een lijn tussen de belastingen, dus het is een radiale vector tussen de twee belastingen.

Daarom genereren twee ladingen van hetzelfde teken een positieve kracht, bijvoorbeeld: - ∙ - = + of + ∙ + = +. Aan de andere kant genereren twee ladingen van tegengestelde tekens een negatieve kracht, bijvoorbeeld: - ∙ + = - of + ∙ - = -.

Twee ladingen met hetzelfde teken stoten elkaar echter af (+ + / - -), maar twee ladingen met verschillende tekens trekken elkaar aan (+ - / - +).

Voorbeeld: als je met een handschoen over een teflontape wrijft, is de handschoen positief geladen en de tape negatief geladen, dus als ze dichterbij komen, trekken ze aan. Als we nu met ons haar over een opgeblazen ballon wrijven, wordt de ballon opgeladen met negatieve energie en als we hem dichter bij de teflonband brengen, stoten ze elkaar beide af omdat ze dezelfde soort lading hebben.

Deze kracht is ook afhankelijk van de elektrische lading en de afstand daartussen, het is een fundamenteel principe van elektrostatica, evenals een wet die van toepassing is op ladingen in rust in een referentiesysteem.

Vermeldenswaard is dat voor kleine afstanden de krachten van elektrische ladingen toenemen, en voor grote afstanden de krachten van elektrische ladingen afnemen, dat wil zeggen dat ze afnemen naarmate de ladingen van elkaar af bewegen.

Omvang van de kracht

De omvang van de elektromagnetische kracht is er een die lichamen aantast die een elektrische lading bevatten en die kan leiden tot een fysische of chemische transformatie, aangezien lichamen kunnen aantrekken of afstoten.

Daarom is de grootte die wordt uitgeoefend op twee elektrische ladingen gelijk aan de constante van het medium waarin de elektrische ladingen zich bevinden door het quotiënt tussen het product van elk van hen en de afstand die ze in het kwadraat scheidt.

De grootte van de elektrostatische kracht is evenredig met het product van de grootte van de ladingen q ₁ xq ₂. De elektrostatische kracht van dichtbij is zeer krachtig.

Voorbeelden van de wet van Coulomb

Hieronder staan ​​verschillende voorbeelden van oefeningen waarbij de wet van Coulomb moet worden toegepast.

Voorbeeld 1

We hebben twee elektrische ladingen, een van + 3c en een van -2c, gescheiden door een afstand van 3m. Om de kracht tussen beide ladingen te berekenen, is het noodzakelijk om de constante K te vermenigvuldigen met het product van beide ladingen. Zoals te zien is op de afbeelding, is er een negatieve kracht verkregen.

Geïllustreerd voorbeeld van het toepassen van de wet van Coulomb:

Voorbeeld 2

We hebben een lading van 6 x ^10-6 C (q ₁), dat is 2 meter verwijderd van een lading van -4 x ^10-6 C (q ₂). Dus wat is de kracht tussen deze twee ladingen?

een. De coëfficiënten worden vermenigvuldigd: 9 x 6 x 4 = 216.

b. De exponenten worden algebraïsch opgeteld: -6 en -6 = -12. Nu -12 + 9 = -3.

Antwoord: F = 54 x ^10-3 N.

Voorbeelden van oefeningen

1. We hebben een lading van 3 x ^10-6 C (q ₁) en een andere lading van -8 x ^10-6 C (q ₂) op een afstand van 2 m. Wat is de omvang van de aantrekkingskracht die tussen de twee bestaat?

Antwoord: F = 54 X ^10-3 N.

2. Bepaal de kracht die werkt tussen twee elektrische ladingen 1 x ^10-6 C (q ₁) en een andere lading van 2,5 x ^10-6 C (q ₂), die op afstand en in vacuüm op afstand staan 5 cm (vergeet niet om de cm te nemen volgens het internationale meetsysteem).

Antwoord: F = 9 N.