Закон Кулона
Вперше закон взаємодії нерухомих електричних зарядів встановив англійський фізик Кавендіш, однак свої дослідження він не оприлюднив і вони стали відомі науковій громадськості після публікацій Дж. Максвелла в середині ХІХ сторіччя. Французький фізик Ш. Кулон (1785 г.) незалежно від Кавендіша встановив закон взаємодії електричних зарядів. В своїх дослідах Кулон вимірював сили притягання і відштовхування заряджених кульок за допомогою сконструйованого ним приладу – крутильних терезів (рис. 2), які мали надзвичайно високу чутливість. Так, наприклад, коромисло терезів поверталось на 1° під дією сили 10–9 Н.
Ідея вимірювань ґрунтувалась на блискучій здогадці Кулона про те, що якщо заряджену кульку привести в контакт з точно такою, але незарядженою, то заряд першої розділиться між ними порівну. Так було знайдено спосіб змінювати заряд кульки в два, три і т. д. рази. В своїх дослідах Кулон виміряв взаємодію між кульками, розміри яких набагато менші від віддалі між ними. Такі заряджені тіла називають точковими зарядами.
Рис 2. Прилад Кулона
На підставі багатьох дослідів Кулон встановив такий закон:
Сили взаємодії двох нерухомих точкових зарядів напрямлена вздовж прямої лінії, що з’єднує заряди, прямо пропорційні добуткові обох зарядів і обернено пропорційні квадрату віддалі між ними:
F = k q1∙q2/r2
де к – коефіцієнт пропорційності, який визначається вибором системи одиниць.
 |
| Рис. 3. Взаємодія одно- та різнойменних зарядів |
Властивості сил Кулона:
1.Кулонівські сили є центральні – напрямлені вздовж прямої, що з’єднує центри взаємодіючих зарядів.2. Для однойменних зарядів q1∙q2 > 0; F12 >0, і це - сили відштовхування.3. Для різнойменних зарядів q1∙q2 < 0, F12 < 0, і це - сили притягання.4. Для кулонівських сил виконується третій закон Ньютона:F12 = - F21.5. Закон Кулона виконується як для дуже великих так і для дуже малих (10-17м) відстаней.
Взаємодію нерухомих електричних зарядів називають електростатичною або кулонівською взаємодією. Розділ електродинаміки, який вивчає кулонівську взаємодію, називають електростатикою.
Закон Кулона справедливий для точкових зарядів. Коефіцієнт пропорційності k в законі Кулона залежить від вибору системи одиниць. В Міжнародній системі СІ за одиницю заряду прийняли кулон (Кл).
1 Кулон – це заряд, який проходить за 1 с через поперечний переріз провідника при силі струму 1 А. Одиниця сили струму (Ампер) в СІ разом з одиницями довжини, часу, і маси є основною одиницею вимірювання.
Коефіцієнт k в системі СІ зазвичай записують так:
к = 1/4πε0,
де ε0 = 8,85 ∙10-12 Кл2/Н∙м2 – електрична стала.
Експериментально встановлено, що для сил кулонівської взаємодії виконується принцип суперпозиції.
Якщо заряджене тіло водночас взаємодіє з кількома зарядженими тілами, то результуюча сила, яка діє на це тіло, дорівнює векторній сумі сил з боку всіх заряджених тіл.
 |
| Принцип суперпозиції електростатичних сил |
Доцільно прочитати: