Enciklopēdisks YouTube

1 / 5

✪ 213. nodarbība. Elektriskie lādiņi un to mijiedarbība. Kulona likums

✪ 8 šūnas - 106. Kulona likums

✪ Kulona likums

✪ fizikas KULOMA LIKUMS problēmu risināšana

✪ 215. nodarbība

Subtitri

Formulējums

Divu punktveida lādiņu mijiedarbības spēks vakuumā ir vērsts pa taisni, kas savieno šos lādiņus, ir proporcionāls to lielumiem un ir apgriezti proporcionāls attāluma starp tiem kvadrātam. Tas ir pievilcīgs spēks, ja lādiņu pazīmes ir atšķirīgas, un atgrūdošs spēks, ja šīs pazīmes ir vienādas.

Ir svarīgi atzīmēt, ka, lai likums būtu patiess, ir nepieciešams:

1. Punktu lādiņiem, tas ir, attālumam starp uzlādētiem ķermeņiem jābūt daudz lielākam par to izmēru. Taču var pierādīt, ka divu tilpumiski sadalītu lādiņu ar sfēriski simetriskiem nekrustojas telpiskajiem sadalījumiem mijiedarbības spēks ir vienāds ar divu ekvivalentu punktveida lādiņu, kas atrodas sfēriskās simetrijas centros, mijiedarbības spēku;
2. Viņu nekustīgums. Pretējā gadījumā stājas spēkā papildu efekti: kustīgā lādiņa magnētiskais lauks un atbilstošais Lorenca papildu spēks, kas iedarbojas uz citu kustīgu lādiņu;
3. Lādiņu sakārtošana vakuumā.

Tomēr ar dažiem pielāgojumiem likums ir spēkā arī lādiņu mijiedarbībai vidē un lādiņu kustībai.

Vektora formā S. Kulona formulējumā likums ir rakstīts šādi:

F → 12 = k ⋅ q 1 ⋅ q 2 r 12 2 ⋅ r → 12 r 12 , (\displaystyle (\vec (F))_(12)=k\cdot (\frac (q_(1)\cdot q_) (2))(r_(12)^(2)))\cdot (\frac ((\vec (r))_(12))(r_(12))),)

kur F → 12 (\displaystyle (\vec (F))_(12)) ir spēks, ar kādu lādiņš 1 iedarbojas uz lādiņu 2; q 1 , q 2 (\displaystyle q_(1), q_(2))- lādiņu lielums; r → 12 (\displaystyle (\vec (r))_(12))- rādiusa vektors (vektors, kas vērsts no lādiņa 1 uz lādiņu 2 un absolūtā vērtībā vienāds ar attālumu starp lādiņiem - r 12 (\displaystyle r_(12))); k (\displaystyle k)- proporcionalitātes koeficients.

Koeficients k

k = 1 ε . (\displaystyle k=(\frac (1)(\varepsilon )).) k = 1 4 π ε ε 0 . (\displaystyle k=(\frac (1)(4\pi \varepsilon \varepsilon _(0))).)

Kulona likums kvantu mehānikā

Kulona likums no kvantu elektrodinamikas viedokļa

Stāsts

Pirmo reizi eksperimentāli izpētīt elektriski lādētu ķermeņu mijiedarbības likumu ierosināja G. V. Rihmans 1752.–1753. gadā. Šim nolūkam viņš bija iecerējis izmantot viņa izstrādāto "indikatora" elektrometru. Šo plānu īstenot neļāva Ričmena traģiskā nāve.

Apmēram 11 gadus pirms Kulona, ​​1771. gadā, lādiņu mijiedarbības likumu eksperimentāli atklāja G. Kavendišs, taču rezultāts netika publicēts un palika nezināms ilgu laiku (vairāk nekā 100 gadus). Kavendiša manuskriptus D.K.Maksvelam tikai 1874. gadā nodeva viens no Kavendiša pēcnācējiem. svinīgā atklāšana Cavendish Laboratory un publicēts 1879. gadā.

Pats Kulons nodarbojās ar vītņu vērpes izpēti un izgudroja vērpes līdzsvaru. Viņš atklāja savu likumu, izmantojot tos, lai izmērītu uzlādētu bumbiņu mijiedarbības spēkus.

Kulona likums, superpozīcijas princips un Maksvela vienādojumi

Kulona likuma precizitātes pakāpe

Kulona likums ir eksperimentāli pierādīts fakts. Tā pamatotību vairākkārt apstiprina arvien precīzāki eksperimenti. Viens no šādu eksperimentu virzieniem ir pārbaudīt, vai eksponents atšķiras r 2. likumā. Lai meklētu šo atšķirību, tiek izmantots fakts, ka, ja pakāpe ir tieši vienāda ar divi, tad vadītājā dobuma iekšpusē nav lauka neatkarīgi no dobuma vai vadītāja formas.

Šādus eksperimentus vispirms veica Kavendišs un Maksvels atkārtoja uzlabotā formā, iegūstot eksponenta maksimālo starpību pakāpē no diviem vērtību. 1 21600 (\displaystyle (\frac (1)(21600)))

Eksperimenti, ko 1971. gadā ASV veica E. R. Viljamss, D. E. Vollers un G. A. Hills, parādīja, ka Kulona likuma eksponents ir vienāds ar 2 robežās. (3, 1 ± 2, 7) × 10–16 (\displaystyle (3,1\pm 2,7)\times 10^(-16)) .

Lai pārbaudītu Kulona likuma precizitāti intraatomiskos attālumos, V. Jū Lembs un R. Raterfords 1947. gadā izmantoja ūdeņraža enerģijas līmeņu relatīvā izkārtojuma mērījumus. Tika konstatēts, ka pat attālumos, kas ir 10–8 cm, Kulona likuma eksponents no 2 atšķiras ne vairāk kā par 10–9.

Koeficients k (\displaystyle k) Kulona likumā paliek nemainīgs līdz 15⋅10 −6 .

Kulona likuma labojumi kvantu elektrodinamikā

Nelielos attālumos (atbilstoši Komptona garuma elektronu viļņam, λ e = ℏ m e c (\displaystyle \lambda _(e)=(\tfrac (\hbar )(m_(e)c)))≈3,86⋅10 −13 m , kur m e (\displaystyle m_(e)) ir elektrona masa, ℏ (\displaystyle \hbar )- Planka konstante, c (\displaystyle c)- gaismas ātruma ) kvantu elektrodinamikas nelineārie efekti kļūst nozīmīgi: virtuālo elektronu-pozitronu (kā arī muona-antimuona un taona-antitaona) pāru ģenerēšana tiek uzklāta uz virtuālo fotonu apmaiņas, un arī skrīninga efekts samazinās (skatīt renormalizāciju). Abi efekti izraisa eksponenciāli samazinošu pasūtījuma nosacījumu parādīšanos e − 2 r / λ e (\displaystyle e^(-2r/\lambda _(e))) lādiņu mijiedarbības potenciālās enerģijas izteiksmē un rezultātā mijiedarbības spēka palielinājumam, salīdzinot ar to, kas aprēķināts pēc Kulona likuma.

Φ (r) = Q r ⋅ (1 + α 4 π e − 2 r / λ e (r / λ e) 3 / 2) , (\displaystyle \Phi (r)=(\frac (Q)(r) )\cdot \left(1+(\frac (\alpha )(4(\sqrt (\pi ))))(\frac (e^(-2r/\lambda _(e)))((r/\ lambda _(e))^(3/2)))\pa labi))

kur λ e (\displaystyle \lambda _(e))- Compton viļņa garuma  elektrons, α = e 2 ℏ c (\displaystyle \alpha =(\tfrac (e^(2))(\hbar c)))- nemainīga smalkā struktūra un r ≫ λ e (\displaystyle r\gg \lambda _(e)).

Pasūtījuma attālumos λ W = ℏ m w c (\displaystyle \lambda _(W)=(\tfrac (\hbar )(m_(w)c)))~ 10 −18 m, kur m w (\displaystyle m_(w)) ir W-bozona masa, parādās elektrovāja ietekme.

Spēcīgā ārējā elektromagnētiskie lauki, kas veido ievērojamu daļu no sadalījuma lauka vakuuma (pēc kārtas m e c 2 e λ e (\displaystyle (\tfrac (m_(e)c^(2))(e\lambda _(e))))~10 18 V/m vai m e c e λ e (\displaystyle (\tfrac (m_(e)c)(e\lambda _(e))))~10 9 T, šādi lauki tiek novēroti, piemēram, pie dažu veidu neitronu zvaigznēm, proti, magnetāriem), Kulona likums tiek pārkāpts arī Delbrika apmaiņas fotonu izkliedes dēļ uz ārējā lauka fotoniem un citiem, sarežģītākiem nelineāriem. ietekmi. Šī parādība samazina Kulona spēku ne tikai mikro, bet arī makro mērogos, jo īpaši spēcīgā magnētiskajā laukā Kulona potenciāls nekrītas apgriezti proporcionāli attālumam, bet gan eksponenciāli.

Kulona likums un polarizācija vakuums

Kulona likums un supersmagie kodoli

Kulona likuma nozīme zinātnes vēsturē

Kulona likums ir pirmais atklātais kvantitatīvais un matemātiski formulēts elektromagnētisko parādību pamatlikums. Līdz ar Kulona likuma atklāšanu sākās mūsdienu elektromagnētisma zinātne.

Skatīt arī

Saites

• Kulona likums (video stunda, 10. klases programma)

Piezīmes

1. Sivukhin D. V. Vispārīgais fizikas kurss. - M.: Fizmatlit; Izdevniecība MIPT, 2004. - III sēj. Elektrība. - S. 17. - 656 lpp. - ISBN 5-9221-0227-3.
2. Landau L.D., Lifshits E.M. Teorētiskā fizika: mācību grāmata. pabalsts: universitātēm . V 10 t. T. 2 Lauka teorija. - 8. izd., stereo. - M.: FIZMATLIT, 2001. - 536 lpp. -

Likums

Kulona likums

Divu punktu lādiņu mijiedarbības spēka modulis vakuumā ir tieši proporcionāls šo lādiņu moduļu reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma starp tiem kvadrātam.

Pretējā gadījumā: divu punktu uzlāde vakuums iedarbojas viens uz otru ar spēkiem, kas ir proporcionāli šo lādiņu moduļu reizinājumam, apgriezti proporcionāli attāluma kvadrātam starp tiem un vērsti pa taisni, kas savieno šos lādiņus. Šos spēkus sauc par elektrostatiskajiem (kuloniem).

viņu nekustīgums. Pretējā gadījumā stājas spēkā papildu efekti: magnētiskais lauks kustīgais lādiņš un atbilstošā papildu Lorenca spēks iedarbojoties uz citu kustīgu lādiņu;

mijiedarbība iekšā vakuums.

kur ir spēks, ar kādu lādiņš 1 iedarbojas uz lādiņu 2; - lādiņu lielums; - rādiusa vektors (vektors, kas vērsts no lādiņa 1 uz lādiņu 2, un modulī vienāds ar attālumu starp lādiņiem - ); - proporcionalitātes koeficients. Tādējādi likums norāda, ka viena nosaukuma lādiņi atgrūž (un pretējie lādiņi piesaista).

AT SGSE vienība maksa ir izvēlēta tā, lai koeficients k ir vienāds ar vienu.

AT Starptautiskā mērvienību sistēma (SI) viena no pamatvienībām ir vienība spēks elektriskā strāva ampērs, un maksas vienība ir kulons ir tā atvasinājums. Ampērs ir noteikts tā, ka k= c2 10−7 gn/m = 8,9875517873681764 109 H m2/ Cl 2 (vai Ф−1 m). SI koeficientā k ir uzrakstīts šādi:

kur ≈ 8,854187817 10-12 F/m - elektriskā konstante.

Kulona likums ir:

Kulona likums Sausās berzes likumu skatiet Amontona-Kulona likumā Magnetostatika Elektrodinamika Elektriskā ķēde Kovariantu formulējums Slaveni zinātnieki

Kulona likums ir likums, kas apraksta punktveida elektrisko lādiņu mijiedarbības spēkus.

To atklāja Čārlzs Kulons 1785. gadā. Pēc daudzu eksperimentu veikšanas ar metāla bumbiņām Čārlzs Kulons sniedza šādu likuma formulējumu:

Divu punktveida lādiņu mijiedarbības spēka modulis vakuumā ir tieši proporcionāls šo lādiņu moduļu reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma starp tiem kvadrātam.

Citādi: Divi punktveida lādiņi vakuumā iedarbojas viens uz otru ar spēkiem, kas ir proporcionāli šo lādiņu moduļu reizinājumam, apgriezti proporcionāli attāluma kvadrātam starp tiem un ir vērsti pa taisni, kas savieno šos lādiņus. Šos spēkus sauc par elektrostatiskajiem (kuloniem).

Ir svarīgi atzīmēt, ka, lai likums būtu patiess, ir nepieciešams:

1. punktveida lādiņi - tas ir, attālums starp lādētiem ķermeņiem ir daudz lielāks par to izmēriem - tomēr var pierādīt, ka divu tilpuma sadalījumu lādiņu mijiedarbības spēks ar sfēriski simetriskiem nekrustojas telpiskiem sadalījumiem ir vienāds ar lādiņu mijiedarbības spēku. divi ekvivalenti punktveida lādiņi, kas atrodas sfēriskās simetrijas centros;
2. viņu nekustīgums. Pretējā gadījumā stājas spēkā papildu efekti: kustīgā lādiņa magnētiskais lauks un atbilstošais Lorenca papildu spēks, kas iedarbojas uz citu kustīgu lādiņu;
3. mijiedarbība vakuumā.

Tomēr ar dažiem pielāgojumiem likums ir spēkā arī lādiņu mijiedarbībai vidē un lādiņu kustībai.

Vektora formā S. Kulona formulējumā likums ir rakstīts šādi:

kur ir spēks, ar kādu lādiņš 1 iedarbojas uz lādiņu 2; - lādiņu lielums; - rādiusa vektors (vektors, kas vērsts no lādiņa 1 uz lādiņu 2 un absolūtā vērtībā vienāds ar attālumu starp lādiņiem -); - proporcionalitātes koeficients. Tādējādi likums norāda, ka viena nosaukuma lādiņi atgrūž (un pretējie lādiņi piesaista).

Koeficients k

CGSE maksas vienība tiek izvēlēta tā, lai koeficients k ir vienāds ar vienu.

Starptautiskajā vienību sistēmā (SI) viena no pamatvienībām ir elektriskās strāvas stipruma mērvienība ampērs, un lādiņa vienība kulons ir tās atvasinājums. Ampērs ir noteikts tā, ka k= c2 10-7 H/m = 8,9875517873681764 109 N m2/C2 (vai F−1 m). SI koeficientā k ir uzrakstīts šādi:

kur ≈ 8,854187817 10–12 F/m ir elektriskā konstante.

Viendabīgā izotropā vielā formulas saucējam pievieno barotnes relatīvo caurlaidību ε.

Kulona likums kvantu mehānikā

Kvantu mehānikā Kulona likums tiek formulēts nevis ar spēka jēdziena palīdzību, kā klasiskajā mehānikā, bet gan ar Kulona mijiedarbības potenciālās enerģijas jēdziena palīdzību. Gadījumā, ja kvantu mehānikā aplūkotā sistēma satur elektriski lādētas daļiņas, Kulona mijiedarbības potenciālo enerģiju izsaka termini tiek pievienoti sistēmas Hamiltona operatoram, kā tas tiek aprēķināts klasiskajā mehānikā.

Tādējādi Hamiltona operators atomam ar kodollādiņu Z izskatās kā:

Šeit m ir elektrona masa, e- tā lādiņš, - rādiusa vektora absolūtā vērtība j th elektrons,. Pirmais termins izsaka elektronu kinētisko enerģiju, otrais termins - potenciālo enerģiju elektronu Kulona mijiedarbībai ar kodolu un trešais termins - elektronu savstarpējās atgrūšanās potenciālo Kulona enerģiju. Summēšana pirmajā un otrajā terminā tiek veikta visiem N elektroniem. Trešajā termiņā summēšana notiek pa visiem elektronu pāriem, un katrs pāris notiek vienu reizi.

Kulona likums no kvantu elektrodinamikas viedokļa

Saskaņā ar kvantu elektrodinamiku lādētu daļiņu elektromagnētiskā mijiedarbība tiek veikta, apmainoties ar virtuāliem fotoniem starp daļiņām. Laika un enerģijas nenoteiktības princips pieļauj virtuālo fotonu pastāvēšanu laika posmā starp to emisijas un absorbcijas momentiem. Jo mazāks ir attālums starp uzlādētajām daļiņām, jo ​​mazāk laika ir nepieciešams virtuālajiem fotoniem, lai pārvarētu šo attālumu, un līdz ar to, jo lielāku virtuālo fotonu enerģiju pieļauj nenoteiktības princips. Nelielos attālumos starp lādiņiem nenoteiktības princips ļauj apmainīties gan ar gara viļņa garuma, gan īsa viļņa garuma fotoniem, un lielos attālumos apmaiņā piedalās tikai gara viļņa garuma fotoni. Tādējādi ar kvantu elektrodinamikas palīdzību var iegūt Kulona likumu.

Stāsts

Pirmo reizi eksperimentāli izpētīt elektriski lādētu ķermeņu mijiedarbības likumu ierosināja G. V. Ričmans 1752.-1753. gadā. Šim nolūkam viņš bija iecerējis izmantot viņa izstrādāto "indikatora" elektrometru. Šo plānu īstenot neļāva Ričmena traģiskā nāve.

1759. gadā Sanktpēterburgas Zinātņu akadēmijas fizikas profesors F. Epinuss, kurš pēc viņa nāves pārņēma Rihmaņa krēslu, pirmo reizi ierosināja, ka lādiņiem vajadzētu mijiedarboties apgriezti ar attāluma kvadrātu. 1760. gadā parādījās īsziņa ka D. Bernulli Bāzelē ar viņa izstrādāta elektrometra palīdzību izveidoja kvadrāta likumu. 1767. gadā Prīstlijs savā "Elektrības vēsturē" atzīmēja, ka Franklina pieredze, kurš atklāja, ka nav elektriskais lauks lādētā metāla lodītē, tas varētu nozīmēt "elektriskā pievilcība atbilst tieši tādam pašam likumam kā gravitācija, tas ir, attāluma kvadrāts". Skotu fiziķis Džons Robisons apgalvoja (1822), ka viņš 1769. gadā atklāja, ka bumbiņas ar vienādu elektrisko lādiņu atgrūž ar spēku, atpakaļ. proporcionāls kvadrātam attālums starp tiem, un tādējādi paredzēja Kulona likuma atklāšanu (1785).

Apmēram 11 gadus pirms Kulona, ​​1771. gadā, lādiņu mijiedarbības likumu eksperimentāli atklāja G. Kavendišs, taču rezultāts netika publicēts un palika nezināms ilgu laiku (vairāk nekā 100 gadus). Kavendiša manuskriptus D.K.Maksvelam tikai 1874.gadā nodeva viens no Kavendiša pēctečiem svinīgajā atklāšanā. Cavendish laboratorija un publicēts 1879. gadā.

Pats Kulons nodarbojās ar vītņu vērpes izpēti un izgudroja vērpes līdzsvaru. Viņš atklāja savu likumu, izmantojot tos, lai izmērītu uzlādētu bumbiņu mijiedarbības spēkus.

Kulona likums, superpozīcijas princips un Maksvela vienādojumi

Kulona likums un superpozīcijas princips elektriskajiem laukiem ir pilnīgi līdzvērtīgi Maksvela vienādojumiem elektrostatikai un. Tas ir, Kulona likums un superpozīcijas princips elektriskajiem laukiem ir izpildīti tad un tikai tad, ja ir izpildīti Maksvela vienādojumi elektrostatikai un, otrādi, Maksvela vienādojumi elektrostatikai ir izpildīti tad un tikai tad, ja Kulona likums un superpozīcijas princips elektriskajiem laukiem. lauki ir apmierināti.

Kulona likuma precizitātes pakāpe

Kulona likums ir eksperimentāli pierādīts fakts. Tā pamatotību vairākkārt apstiprina arvien precīzāki eksperimenti. Viens no šādu eksperimentu virzieniem ir pārbaudīt, vai eksponents atšķiras r 2. likumā. Lai atrastu šo atšķirību, tiek izmantots fakts, ka, ja pakāpe ir tieši vienāda ar divi, tad vadītāja dobumā nav lauka, lai kāda būtu dobuma vai vadītāja forma.

Eksperimenti, ko 1971. gadā Amerikas Savienotajās Valstīs veica E. R. Viljamss, D. E. Vollers un G. A. Hils, parādīja, ka Kulona likuma eksponents ir no 2 līdz robežai.

Lai pārbaudītu Kulona likuma precizitāti intraatomiskos attālumos, V. Jū Lembs un R. Raterfords 1947. gadā izmantoja ūdeņraža enerģijas līmeņu relatīvā izkārtojuma mērījumus. Tika konstatēts, ka pat attālumos, kas ir 10–8 cm, Kulona likuma eksponents no 2 atšķiras ne vairāk kā par 10–9.

Koeficients Kulona likumā paliek nemainīgs līdz 15·10-6.

Kulona likuma labojumi kvantu elektrodinamikā

Nelielos attālumos (par elektrona Komptona viļņa garumu, ≈3,86 10-13 m, kur ir elektrona masa, - Planka konstante, ir gaismas ātrums), kvantu elektrodinamikas nelineārie efekti kļūst nozīmīgi: virtuālo fotonu apmaiņu pārklāj virtuālo elektronu-pozitronu (kā arī muona-antimuona un taona-antitaona) pāru ģenerēšana, un skrīninga efekts samazinās. (skatīt renormalizāciju). Abi efekti noved pie eksponenciāli samazinošu secības terminu parādīšanās lādiņu mijiedarbības potenciālās enerģijas izteiksmē un rezultātā mijiedarbības spēka palielināšanās, salīdzinot ar to, kas aprēķināts pēc Kulona likuma. Piemēram, punktveida lādiņa potenciāla izteiksme CGS sistēmā, ņemot vērā pirmās kārtas starojuma korekcijas, ir šāda:

kur ir elektrona Komptona viļņa garums, ir konstante smalka struktūra un. Attālumos, kas ir aptuveni 10–18 m, kur ir W-bozona masa, parādās elektriskie vājie efekti.

Spēcīgos ārējos elektromagnētiskajos laukos, kas veido ievērojamu daļu no vakuuma sadalījuma lauka (apmērā ~1018 V/m vai ~109 T, šādi lauki tiek novēroti, piemēram, pie noteikta veida neitronu zvaigznēm, proti, magnetāriem) , Kulona likums tiek pārkāpts arī Delbrika apmaiņas fotonu izkliedes dēļ uz ārējā lauka fotoniem un citiem, sarežģītākiem nelineāriem efektiem. Šī parādība samazina Kulona spēku ne tikai mikroskalā, bet arī makroskalā; jo īpaši spēcīgā magnētiskajā laukā Kulona potenciāls samazinās eksponenciāli, nevis apgriezti ar attālumu.

Kulona likums un vakuuma polarizācija

Vakuuma polarizācijas fenomens kvantu elektrodinamikā ir virtuālo elektronu-pozitronu pāru veidošanās. Elektronu-pozitronu pāru mākonis pasargā elektrona elektrisko lādiņu. Skrīnings palielinās, palielinoties attālumam no elektrona, kā rezultātā elektrona efektīvais elektriskais lādiņš ir attāluma samazināšanās funkcija. Efektīvo potenciālu, ko rada elektrons ar elektrisko lādiņu, var aprakstīt ar formas atkarību. Efektīvā lādiņa ir atkarīga no attāluma saskaņā ar logaritmisko likumu:

T. n. smalkās struktūras konstante ≈7,3 10−3;

T. n. klasiskais elektronu rādiuss ≈2,8 10-13 cm..

Yuling efekts

Punktu lādiņu elektrostatiskā potenciāla novirze vakuumā no Kulona likuma vērtības ir pazīstama kā Julinga efekts, kas vispirms aprēķināja novirzes no Kulona likuma ūdeņraža atomam. Yuling efekts koriģē Lamb nobīdi par 27 MHz.

Kulona likums un supersmagie kodoli

Spēcīgā elektromagnētiskajā laukā pie supersmagiem kodoliem ar lādiņu vakuums pārkārtojas, kas ir analogs parastai fāzes pārejai. Tas noved pie Kulona likuma grozījumiem

Kulona likuma nozīme zinātnes vēsturē

Kulona likums ir pirmais atklātais kvantitatīvais un matemātiski formulēts likums elektromagnētiskajām parādībām. Mūsdienu elektromagnētisma zinātne sākās ar Kulona likuma atklāšanu.

Skatīt arī

• Elektriskais lauks
• garš diapazons
• Biota-Savarta-Laplasa likums
• pievilkšanās likums
• Kulons, Charles Augustin de
• Kulons (vienība)
• Superpozīcijas princips
• Maksvela vienādojumi

Saites

• Kulona likums (video stunda, 10. klases programma)

Piezīmes

1. Landau L. D., Lifshits E. M. Teorētiskā fizika: Proc. pabalsts: universitātēm. 10 sējumos T. 2 Lauka teorija. - 8. izd., stereo. - M.: FIZMATLIT, 2001. - 536 lpp. - ISBN 5-9221-0056-4 (2. sēj.), nod. 5 Pastāvīgs elektromagnētiskais lauks, 38. lpp. Vienmērīgi kustīga lādiņa lauks, 132. lpp.
2. Landau L. D., Lifshits E. M. Teorētiskā fizika: Proc. pabalsts: universitātēm. 10 sējumos, 3. sēj. Kvantu mehānika (nerelativistiskā teorija). - 5. izdevums, stereo. - M.: Fizmatlit, 2002. - 808 lpp. - ISBN 5-9221-0057-2 (3. sēj.), sk. 3 Šrēdingera vienādojums, 17. lpp. Šrēdingera vienādojums, 17. lpp. 74
3. G. Bethe Kvantu mehānika. - per. no angļu valodas, red. V. L. Bonch-Bruevich, "Mir", M., 1965, 1. daļa Atoma struktūras teorija, Ch. 1 Šrēdingera vienādojums un tā atrisināšanas aptuvenās metodes, lpp. vienpadsmit
4. R. E. Peierls Dabas likumi. per. no angļu valodas. ed. prof. I. M. Halatņikova, Valsts fiziskās un matemātiskās literatūras izdevniecība, M., 1959, šaušanas galerija. 20 000 eksemplāru, 339 lpp., Ch. 9 “Elektroni lielā ātrumā”, lpp. Citas grūtības, lpp. 263
5. L. B. Okun … z Elementārs ievads fizikā elementārdaļiņas, M., Nauka, 1985, Quantum Library, sēj. 45. lpp. "Virtuālās daļiņas", 45. lpp. 57.
6. novi comm. Akad. Sc. Imp. Petropolitanae, v. IV, 1758, 1. lpp. 301.
7. Aepinus F.T.W. Elektrības un magnētisma teorija. - L.: PSSR, 1951. - 564 lpp. - (zinātņu klasika). - 3000 eksemplāru.
8. Ābels Socins (1760) Acta Helvetica, sēj. 4, 224.-225. lpp.
9. J. Prīstlijs. Elektrības vēsture un pašreizējais stāvoklis ar oriģināliem eksperimentiem. Londona, 1767, 1. lpp. 732.
10. Džons Robisons, Mehāniskās filozofijas sistēma(Londona, Anglija: Džons Murejs, 1822), sēj. 4. 68. lappusē Robisons norāda, ka 1769. gadā publicējis savus mērījumus par spēku, kas iedarbojas starp viena un tā paša lādiņa sfērām, kā arī apraksta šīs jomas pētījumu vēsturi, atzīmējot Epinusa, Kavendiša un Kulona vārdus. 73. lappusē autors raksta, ka spēks mainās kā x−2,06.
11. S. R. Filonovičs "Kavendišs, Kulons un elektrostatika", M., "Zināšanas", 1988, LBC 22.33 F53, sk. "Likuma liktenis", lpp. 48
12. R. Feinmens, R. Leitons, M. Sandss, The Feynman Lectures in Physics, sēj. 5, Elektrība un magnētisms, trans. no angļu valodas, red. Ja. A. Smorodinskis, red. 3, M., Redakcija URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (Elektrība un magnētisms), ISBN 5-354-00698-8 (Pabeigts darbs), sk. 4 "Elektrostatika", 1. lpp. "Statika", lpp. 70-71;
13. R. Feinmens, R. Leitons, M. Sandss, The Feynman Lectures in Physics, sēj. 5, Elektrība un magnētisms, trans. no angļu valodas, red. Ja. A. Smorodinskis, red. 3, M., Redakcija URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (Elektrība un magnētisms), ISBN 5-354-00698-8 (Pabeigts darbs), sk. 5 "Gausa likuma pielietojumi", 10. lpp. "Lauks vadītāja dobumā", 10. lpp. 106-108;
14. E. R. Williams, J. E. Faller, H. A. Hill "Jauns Kulona likuma eksperimentālais tests: fotonu atpūtas masas laboratorijas augšējā robeža", Phys. Rev. Lett. 26, 721-724 (1971);
15. V. E. Lembs, R. K. ReterfordsŪdeņraža atoma smalkā struktūra ar mikroviļņu metodi (angļu valodā) // Fiziskais apskats. - T. 72. - Nr. 3. - S. 241-243.
16. 1 2 R. Feinmens, R. Leitons, M. Sandss, The Feynman Lectures in Physics, sēj. 5, Elektrība un magnētisms, trans. no angļu valodas, red. Ja. A. Smorodinskis, red. 3, M., Redakcija URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (Elektrība un magnētisms), ISBN 5-354-00698-8 (Pabeigts darbs), sk. 5 "Gausa likuma pielietojumi", 8. lpp. "Vai Kulona likums ir precīzs?", 8. lpp. 103;
17. CODATA (Zinātnes un tehnoloģiju datu komiteja)
18. Berestetskis, V. B., Lifšics, E. M., Pitajevskis, L. P. Kvantu elektrodinamika. - 3. izdevums, labots. - M.: Nauka, 1989. - S. 565-567. - 720 s. - (“Teorētiskā fizika”, IV sējums). - ISBN 5-02-014422-3
19. Neda Sadooghi Modificēts QED Kulona potenciāls spēcīgā magnētiskajā laukā (angļu valodā).
20. Okun L. B. "Elementārdaļiņu fizika", izd. 3., M., "Redakcijas URSS", 2005, ISBN 5-354-01085-3, BBC 22.382 22.315 22.3o, ch. 2 “Gravitācija. Elektrodinamika”, “Vakuuma polarizācija”, lpp. 26-27;
21. "Mikrokosmosa fizika", sk. ed. D. V. Širkovs, M. " Padomju enciklopēdija”, 1980, 528 lpp., ill., 530.1 (03), F50, art. "Efektīva maksa", red. Art. D. V. Širkovs, 496. lpp.;
22. Yavorsky B. M. "Fizikas rokasgrāmata inženieriem un augstskolu studentiem" / B. M. Yavorsky, A. A. Detlaf, A. K. Ļebedev, 8. izdevums, pārskatīts. un labots, M .: Publishing House Onyx LLC, Publishing House Mir and Education LLC, 2006, 1056 lappuses: ilustrācijas, ISBN 5-488-00330-4 (OOO Publishing House Onyx), ISBN 5-94666 -260-0 (World) and Education Publishing House LLC), ISBN 985-13-5975-0 (Harvest LLC), UDC 530(035) BBK 22.3, Ya22, "Pielikumi", "Fundamentālās fiziskās konstantes", lpp. 1008;
23. Uehling E.A., Phys. Rev. 48, 55 (1935)
24. "Mezoni un lauki" S. Švēbers, G. Betē, F. Hofmans 1. sējums Lauki sk. 5 Diraka vienādojuma īpašības 2. lpp.. Stāvokļi ar negatīvu enerģiju lpp. 56, nod. 21 Renormalizācija, 5. sadaļa Vakuuma polarizācija s 336
25. A. B. Migdal “Vakuuma polarizācija stipros laukos un pionu kondensācija”, “Uspekhi fizicheskikh nauk”, 123. sēj., c. 3, 1977, novembris, 1. lpp. 369-403;
26. Spiridonovs O. P. "Universālās fiziskās konstantes", M., "Apgaismība", 1984, lpp. 52-53;

Literatūra

1. Filonovičs S. R. Klasiskā likuma liktenis. - M., Nauka, 1990. - 240 lpp., ISBN 5-02-014087-2 (Kvantu bibliotēka, 79. izdevums), apc. 70500 eksemplāru

Kategorijas:

• fiziskie likumi
• Elektrostatika

Kulona likums

Kulona vērpes stieņi

Kulona likums- viens no galvenajiem elektrostatikas likumiem, kas nosaka spēka lielumu tieši starp diviem nevardarbīgiem punktveida lādiņiem. Eksperimentāli ar pietiekamu precizitāti likumu pirmo reizi izveidoja Henrijs Kavendišs 1773. gadā. Viņš uzvarēja sfēriskā kondensatora metodi, taču savus rezultātus nepublicēja. 1785. gadā likumu ieviesa Čārlzs Kulons ar īpašu vērpes terminu palīdzību.

Pieraksts

Divu punktu nevardarbīgu lādiņu q 1 un q 2 mijiedarbības elektrostatiskais spēks F 12 vakuumā ir tieši proporcionāls lādiņu absolūtajai vērtībai un ir apvilkts proporcionāli attāluma r 12 kvadrātam starp tiem. F 12 = k ⋅ q 1 ⋅ q 2 r 12 2 (\displaystyle F_(12)=k\cdot (\frac (q_(1)\cdot q_(2))(r_(12)^(2))) ) ,

vektora formai:

F 12 = k ⋅ q 1 ⋅ q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F_(12)) =k\cdot (\frac (q_(1)\cdot q_(2))(r_(12) ^(3)))\mathbf (r_(12)) ),

Savstarpējās modalitātes spēks ir vērsts pa taisni, kas ir vienāds ar vienu lādiņu, un tie paši lādiņi ir sajaukti, bet dažādi piesaistīti.. Spēki, kurus nosaka Kulona likums, ir aditīvi.

Par vikonannya formulēts likums ir nepieciešams, lai viņi vikonuyutsya tāpēc prātā:

1. Lādiņu punkts - starp uzlādētajiem ķermeņiem var ielādēt vairāk ūdens.
2. Lādiņu neiznīcināmība. Pretējā virzienā ir nepieciešams atjaunot magnētisko lauku līdz lādiņam, kas sabrūk.
3. Likums ir formulēts nodevām vakuumā.

Ir kļuvis elektrostatisks

Proporcionalitātes koeficients k Es varu nosaukt elektrostatisko tēraudu. Vіn iekrist vіd izvēle vien vimіryuvannya. Tātad starptautiskajai sistēmai ir viens (СІ)

K = 1 4 π ε 0 ≈ (\displaystyle k=(\frac (1)(4\pi \varepsilon _(0)))\apmēram ) 8,987742438 109 N m2 C-2,

de ε 0 (\displaystyle \varepsilon _(0)) - kļuva elektrisks. Kulona likumu var redzēt:

F 12 = 1 4 π ε 0 q 1 q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F) _(12)=(\frac (1)(4\pi \varepsilon _(0)))(\ frac (q_(1)q_(2))(r_(12)^(3)))\mathbf (r) _(12)) .

Atjauninot pēdējo stundu, galvenā sistēma tikai vimiryuvannya bija SGS sistēma. Daudz klasiskās fizikālās literatūras ir uzrakstīts, izmantojot dažādus avotus vienai no dažādajām CGS sistēmām - Gausa vienību sistēmai. Viņas viens lādiņš tika atņemts tādā pakāpē, ka k=1, un Kulona likums izskatās šādi:

F 12 = q 1 q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F) _(12)=(\frac (q_(1)q_(2))((r)_(12)^(3) ))\mathbf (r) _(12)) .

Līdzīgs Kulona likuma skatījums var būt unikāls atomu sistēmās, kuras kvantu ķīmiskajos pētījumos uzvar atomu fizika.

Kulona likums pa vidu

Vidū mainās lādiņu savstarpējās attiecības spēks, izraisot polarizācijas parādīšanos. Vienmērīgai izotropai videi raksturīgās proporcionālās vērtības izmaiņas tiek sauktas par dielektrisko tēraudu jeb dielektrisko caurlaidību un skaņu nozīmē ε (\ displaystyle \ varepsilon ) . Kulona spēks sistēmā СІ var izskatīties

F 12 = 1 4 π ε ε 0 q 1 q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F) _(12)=(\frac (1)(4\pi \varepsilon \varepsilon _(0)) )(\frac (q_(1)q_(2))(r_(12)^(3)))\mathbf (r) _(12)) .

Dielektriķis arvien vairāk tuvojās vienotībai, tāpēc nākotnē ir iespējams ar pietiekamu precizitāti izcīnīt vakuuma formulu.

Vēsture

Minējumus par to, ka elektrificēto ķermeņu savstarpējā saspēle ir pakļauta vienam un tam pašam proporcionalitātes likumam ar attāluma kvadrātu, kas ir smags, 18. gadsimta vidū izdzīvojušie vairākkārt apsprieda. 1770. gadu vālītē Henrijs Kavendišs eksperimentāli atklāja, taču savus rezultātus nepublicēja un uzzināja par tiem tikai 19. gadsimtā. pēc pasākuma un jogo arhīvu publicēšanas. Čārlzs Kulons publicēja 1785. gada likumu divos memuāros, kas tika iesniegti Francijas Zinātņu akadēmijai. 1835. gadā Kārlis Gauss publicēja Gausa teorēmu, kas balstīta uz Kulona likumu. Ņemot vērā Gausa teorēmu, Kulona likums ir iekļauts pirms galvenajām elektrodinamikas vienādībām.

Pārbaudot likumu

Makroskopiskiem skatiem eksperimentu laikā zemes prātos, kas tika veikti, izmantojot Kavendiša metodi, pakāpes rādītājs r Kulona likumā nav iespējams mainīt 2 lielākus mazākus par 6 10–16. No eksperimentiem ar alfa daļiņu izplešanos šķiet, ka Kulona likums nesadalās līdz 10–14 m. Šajā plašo mērogu reģionā tiek izstrādāti kvantu mehānikas likumi.

Kulona likumu var uzskatīt par vienu no pēdējiem kvantu elektrodinamikas piemēriem, kura ietvaros uzlādes frekvenču mijiedarbība balstās uz virtuālo fotonu apmaiņu. Tā rezultātā eksperimentus ar kvantu elektrodinamikas atkārtotu pārbaudi var uzskatīt par Kulona likuma atkārtotas pārbaudes pierādījumu. Tātad elektronu un pozitronu iznīcināšanas eksperimenti parāda, ka kvantu elektrodinamikas likumus nevar mainīt līdz 10-18 m attālumam.

Div. arī

• Gausa teorēma
• Lorenca spēks

Dzherela

• Gončarenko S. U. Fizika: Pamatlikumi un formulas.- K. : Libid, 1996. - 47 lpp.
• Kučeruks I. M., Gorbačuks I. T., Lutsiks P.P. Elektrība un magnētisms // Žagalnija fizikas kurss. - K. : Tehnika, 2006. - T. 2. - 456 lpp.
• Frišs S.E., Timoreva A.V. Elektriskās un elektromagnētiskās parādības // Globālās fizikas kurss. - K .: Radianskas skola, 1953. - T. 2. - 496 lpp.
• Fiziskā enciklopēdija / Red. A. M. Prohorova. - M.: Padomju enciklopēdija, 1990. - T. 2. - 703 lpp.
• Sivukhins D.V. Elektrība // Vispārīgais fizikas kurss. - M. : Fizmatlit, 2009. - T. 3. - 656 lpp.

Piezīmes

1. a b Kulona likumu var tuvināt ruhomy lādiņiem, jo ​​to vieglums ir bagātāks par gaismas vieglumu
2. a b Y — Kulons (1785a) "Premier mémoire sur l'électricité et le magnétisme", , 569.-577. lpp. — kulons, kas nodrošina vienreizējas lādiņas spēku:
   

   574. lpp: Il résulte donc de ces trois essais, que l "action repulsive que les deux balles électrifées de la même nature d" electricité exercent l "une sur l" autre, suit la raison inverse du carré des distances.

   Tulkošana: Arī no šiem triokh doslіdіv sіduє, scho power vіdshtovhuvannya starp divām elektrificētām spolēm, kas uzlādētas ar tāda paša rakstura elektrību, ievērojot proporcionalitātes likumu, kas pagriezta uz vіdstani kvadrātu.

   Y — Kulons (1785b) "Otrā mémoire sur l'électricité et le magnétisme", Vēsture de l'Académie Royale des Sciences, 578.-611. lpp. - Kulons parādīja, ka ķermeņus no pretējiem lādiņiem pievelk ugunīgā proporcionālā spēka spēks.

3. Izvēlies tādu saprātīgi saliekamu prātu formulu, lai Starptautiskajā sistēmā pamatvienība būtu nevis elektriskais lādiņš, bet gan elektriskās strāvas jaudas mērvienība ampērs, bet galvenais elektrodinamikas izlīdzinājums rakstīts bez reizinātāja 4 π ( \ displeja stils 4 \ pi ) .

Kulona likums

Irina Ruderfere

Kulona likums ir punktveida elektrisko lādiņu mijiedarbības likums.

To atklāja Kulons 1785. gadā. Pēc daudzu eksperimentu veikšanas ar metāla bumbiņām Čārlzs Kulons sniedza šādu likuma formulējumu:

Divu punktveida nekustīgu lādētu ķermeņu mijiedarbības spēks vakuumā ir vērsts pa taisni, kas savieno lādiņus, ir tieši proporcionāls lādiņu moduļu reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma starp tiem kvadrātam.
Ir svarīgi atzīmēt, ka, lai likums būtu patiess, ir nepieciešams:
1. punktveida lādiņi - tas ir, attālums starp uzlādētiem ķermeņiem ir daudz lielāks par to izmēru.
2. viņu nekustīgums. Pretējā gadījumā jau ir jāņem vērā papildu efekti: kustīgā lādiņa topošais magnētiskais lauks un atbilstošs papildu jauda Lorencs darbojas ar citu kustīgu lādiņu.
3. mijiedarbība vakuumā.
Tomēr ar dažiem pielāgojumiem likums ir spēkā arī lādiņu mijiedarbībai vidē un kustīgiem lādiņiem.

Vektora formā S. Kulona formulējumā likums ir rakstīts šādi:

kur F1,2 ir spēks, ar kādu lādiņš 1 iedarbojas uz lādiņu 2; q1,q2 - lādiņu lielums; - rādiusa vektors (vektors, kas vērsts no lādiņa 1 uz lādiņu 2, un modulī vienāds ar attālumu starp lādiņiem - r12); k - proporcionalitātes koeficients. Tādējādi likums norāda, ka līdzīgi lādiņi atgrūž (un atšķirībā no lādiņiem piesaista).

Negludiniet pret vilnu!

Zinot par elektrības pastāvēšanu tūkstošiem gadu, cilvēks to zinātniski sāka pētīt tikai 18. gadsimtā. (Interesanti, ka tā laikmeta zinātnieki, kas pievērsās šai problēmai, izcēla elektrību kā zinātni, kas ir nošķirta no fizikas, un sauca sevi par "elektriķiem".) Viens no vadošajiem elektrības pionieriem bija Šarls Augustins de Kulons. Rūpīgi izpētījis mijiedarbības spēkus starp ķermeņiem, kas nes dažādus elektrostatiskos lādiņus, viņš formulēja likumu, kas tagad nes viņa vārdu. Būtībā viņš savus eksperimentus veica šādi: dažādi elektrostatiskie lādiņi tika pārnesti uz divām mazām bumbiņām, kas tika piekārtas uz plānākajām diegiem, pēc kurām tuvojās suspensijas ar bumbiņām. Ar pietiekamu pieeju bumbiņas sāka piesaistīt viena otru (ar pretēju elektrisko lādiņu polaritāti) vai atgrūst (vienpolāru lādiņu gadījumā). Rezultātā pavedieni novirzījās no vertikāles par pietiekami lielu leņķi, kurā elektrostatiskās pievilkšanās vai atgrūšanas spēki tika līdzsvaroti ar spēkiem. smagums. Izmērījis novirzes leņķi un zinot lodīšu masu un balstiekārtu garumu, Kulons aprēķināja spēkus elektrostatiskā mijiedarbība dažādos attālumos viena no otras un, pamatojoties uz šiem datiem, iegūst empīrisku formulu:

Kur Q un q ir elektrostatisko lādiņu lielumi, D ir attālums starp tiem, un k ir eksperimentāli noteiktā Kulona konstante.

Mēs nekavējoties atzīmējam divus interesantus punktus Kulona likumā. Pirmkārt, tā matemātiskā formā atkārto Ņūtona universālās gravitācijas likumu, ja pēdējā mēs aizstājam masas ar lādiņiem un Ņūtona konstanti ar Kulona konstanti. Un šai līdzībai ir labi iemesli. Saskaņā ar mūsdienu kvantu lauka teoriju gan elektriskais, gan gravitācijas lauks rodas, kad fiziskie ķermeņi apmainās ar elementārdaļiņām-enerģijas nesējiem, kuriem nav miera masas - attiecīgi fotoniem vai gravitoniem. Tādējādi, neskatoties uz acīmredzamo gravitācijas un elektrības rakstura atšķirībām, šiem diviem spēkiem ir daudz kopīga.

Otra svarīgā piezīme attiecas uz Kulona konstanti. Kad skotu teorētiskais fiziķis Džeimss Klārks Maksvels izstrādāja Maksvela vienādojumu sistēmu elektromagnētisko lauku vispārīgam aprakstam, izrādījās, ka Kulona konstante ir tieši saistīta ar gaismas ātrumu c. Visbeidzot, Alberts Einšteins parādīja, ka c spēlē fundamentālas pasaules konstantes lomu relativitātes teorijas ietvaros. Tādā veidā var izsekot visabstraktākajām un universālākajām teorijām mūsdienu zinātne pakāpeniski attīstījās, absorbējot iepriekš iegūtos rezultātus, sākot ar vienkārši secinājumi izgatavots, pamatojoties uz darbvirsmas fiziskiem eksperimentiem.
http://elementy.ru/trefil/coulomb_law
http://www.fieldphysics.ru/coulombs_law/
http://www.vnz.ru/spravki/zakon-Kulona.html

Elektrības jēdziens. Elektrifikācija. Vadītāji, pusvadītāji un dielektriķi. Elementārais lādiņš un tā īpašības. Kulona likums. Elektriskā lauka stiprums. Superpozīcijas princips. Elektriskais lauks kā mijiedarbības izpausme. Elementāra dipola elektriskais lauks.

Termins elektrība cēlies no grieķu vārda elektrons (dzintars).

Elektrizācija ir elektriskās enerģijas piegādes process ķermenim.

maksas. Šo terminu 16. gadsimtā ieviesa angļu zinātnieks un ārsts Gilberts.

ELEKTRISKĀS LĀDINĀJUMS IR FIZISKĀ SKALĀRĀ VĒRTĪBA, KAS RAKSTURO ķermeņu VAI DAĻIŅU IEEJAS ĪPAŠĪBAS UN ELEKTROMAGNĒTISKĀS MIJIEDARBĪBAS UN NOSAKA ŠO MIJIETIECĪBU SPĒKU UN ENERĢIJU.

Elektrisko lādiņu īpašības:

1. Dabā ir divu veidu elektriskie lādiņi. Pozitīvs (parādās uz stikla, kas noberzts pret ādu) un negatīvs (parādās uz ebonīta, kas berzts pret kažokādu).

2. Tāda paša nosaukuma lādiņi atgrūž, atšķirībā no lādiņiem piesaista.

3. Elektriskais lādiņš NEPASTĀV BEZ LĀDINĀTĀJU DAĻIŅĀM (elektronu, protonu, pozitronu utt.) Piemēram, no elektrona un citām elementāri lādētām daļiņām nevar noņemt e / lādiņu.

4. Elektriskais lādiņš ir diskrēts, t.i. jebkura ķermeņa lādiņš ir vesels skaitlis elementāri elektriskais lādiņš e(e = 1,6 10 -19 C). Elektrons (t.i.= 9,11 10 -31 kg) un protonu (t p = 1,67 10 -27 kg) ir attiecīgi elementāru negatīvu un pozitīvu lādiņu nesēji. (Daļiņas ar daļēju elektrisko lādiņu ir zināmas: – 1/3 e un 2/3 e - tas ir kvarki un antikvarki , bet tie netika atrasti brīvvalstī).

5. Elektriskais lādiņš - lielums relatīvi nemainīgs , tie. nav atkarīgs no atskaites sistēmas un tāpēc nav atkarīgs no tā, vai šis lādiņš kustas vai atrodas miera stāvoklī.

6. No eksperimentālo datu vispārināšanas, dabas pamatlikums - lādiņa saglabāšanas likums: algebriskā summa

ma jebkuras slēgtas sistēmas elektriskie lādiņi(sistēmas, kas neapmainās ar maksājumiem ar ārējām struktūrām) paliek nemainīgs neatkarīgi no tā, kādi procesi notiek šajā sistēmā.

Likumu 1843. gadā eksperimentāli apstiprināja angļu fiziķis

M. Faradejs ( 1791-1867) un citi, ko apstiprina daļiņu un antidaļiņu dzimšana un iznīcināšana.

Elektriskā lādiņa vienība (atvasinātā vienība, kā to nosaka ar strāvas stipruma vienību) - kulons (C): 1 C - elektriskais lādiņš,

kas iet cauri vadītāja šķērsgriezumam pie strāvas stipruma 1 A uz laiku 1 s.

Visi ķermeņi dabā var tikt elektrificēti; iegūt elektrisko lādiņu. Var veikt korpusu elektrifikāciju Dažādi ceļi: kontakts (berze), elektrostatiskā indukcija

utt. Jebkurš uzlādes process tiek reducēts līdz lādiņu atdalīšanai, kurā uz kāda no ķermeņiem (vai ķermeņa daļas) parādās pārpalikums. pozitīvs lādiņš, un otrā (vai citā ķermeņa daļā) - negatīvā lādiņa pārpalikums. Abu pazīmju kopējais lādiņu skaits, kas ietverts ķermeņos, nemainās: šie lādiņi tiek tikai pārdalīti starp ķermeņiem.

Ķermeņu elektrifikācija ir iespējama, jo ķermeņi sastāv no lādētām daļiņām. Ķermeņu elektrifikācijas procesā var pārvietoties brīvā stāvoklī esošie elektroni un joni. Protoni paliek kodolos.

Atkarībā no brīvo lādiņu koncentrācijas ķermeņus iedala vadītāji, dielektriķi un pusvadītāji.

diriģenti- ķermeņi, kuros elektrisko lādiņu var sajaukt visā tā tilpumā. Diriģentus iedala divās grupās:

1) pirmā veida diriģenti (metāli) - pārsūtīšana uz

lādiņu (brīvo elektronu) nepavada ķīmiskā viela

transformācijas;

2) otrā veida diriģenti (piemēram, kausēti sāļi,

skābes diapazoni) - lādiņu pārnešana tajos (pozitīvā un negatīvā

joni) izraisa ķīmiskas izmaiņas.

Dielektriķi(piemēram, stikls, plastmasa) - korpusi, kuros praktiski nav bezmaksas maksas.

Pusvadītāji (piemēram, germānija, silīcijs) aizņem

starpstāvoklis starp vadītājiem un dielektriķiem. Šāds ķermeņu dalījums ir ļoti patvaļīgs, taču lielā brīvo lādiņu koncentrāciju atšķirība tajos izraisa milzīgas kvalitatīvas atšķirības to uzvedībā un tāpēc attaisno ķermeņu sadalīšanu vadītājos, dielektriķos un pusvadītājos.

ELEKTROSTATIKA- zinātne par fiksētām maksām

Kulona likums.

Mijiedarbības likums fiksēts punkts elektriskie lādiņi

Eksperimentāli uzstādīja Sh. Coulomb 1785. gadā, izmantojot vērpes svarus.

līdzīgi tiem, kurus izmantoja G. Kavendišs gravitācijas konstantes noteikšanai (šo likumu iepriekš atklāja G. Kavendišs, taču viņa darbs palika nezināms vairāk nekā 100 gadus).

punktu maksa, sauc par lādētu ķermeni vai daļiņu, kuras lielumu var neņemt vērā, salīdzinot ar attālumu līdz tiem.

Kulona likums: mijiedarbības spēks starp diviem fiksētiem punktveida lādiņiem, kas atrodas vakuumā proporcionāli maksām q 1 un Q2, un ir apgriezti proporcionāls attāluma r kvadrātam starp tiem :

k - proporcionalitātes koeficients atkarībā no sistēmas izvēles

SI

Vērtība ε 0 sauca elektriskā konstante; tas attiecas uz

numuru fundamentālās fiziskās konstantes un ir vienāds ar:

ε 0 = 8,85 ∙10 -12 C 2 / N∙m 2

Vektora formā Kulona likumam vakuumā ir šāda forma:

kur ir rādiusa vektors, kas savieno otro lādiņu ar pirmo, F 12 ir spēks, kas iedarbojas no otrā lādiņa uz pirmo.

Kulona likuma ieviešanas precizitāte lielos attālumos, līdz

10 7 m, izveidota pētījuma laikā magnētiskais lauks ar satelītu palīdzību

tuvējā Zemei kosmosā. Tās ieviešanas precizitāte nelielos attālumos, līdz 10 -17 m, pārbaudīts ar elementārdaļiņu mijiedarbības eksperimentiem.

Kulona likums vidē

Visos medijos Kulona mijiedarbības spēks ir mazāks nekā mijiedarbības spēks vakuumā vai gaisā. Fizikālo lielumu, kas parāda, cik reižu elektrostatiskās mijiedarbības spēks vakuumā ir lielāks nekā dotajā vidē, sauc par vides caurlaidību un apzīmē ar burtu ε.

ε = F vakuumā / F vidē

Kulona likums vispārējs skats SI:

Kulona spēku īpašības.

1. Kulona spēki ir centrālā tipa spēki, jo vērsta pa taisnu līniju, kas savieno lādiņus

Kulona spēks ir pievilcīgs spēks, ja lādiņu pazīmes ir atšķirīgas, un atgrūdošs spēks, ja lādiņu pazīmes ir vienādas.

3. Kulona spēkiem ir spēkā Ņūtona 3. likums

4. Kulona spēki pakļaujas neatkarības jeb superpozīcijas principam, jo mijiedarbības spēks starp diviem punktveida lādiņiem nemainīsies, kad tuvumā parādīsies citi lādiņi. Iegūtais elektrostatiskās mijiedarbības spēks, kas iedarbojas uz noteiktu lādiņu, ir vienāds ar dotā lādiņa mijiedarbības spēku vektoru summu ar katru sistēmas lādiņu atsevišķi.

F= F 12 + F 13 + F 14 + ∙∙∙ + F 1 N

Mijiedarbība starp lādiņiem tiek veikta ar elektriskā lauka palīdzību. Elektriskais lauks ir īpaša matērijas eksistences forma, caur kuru notiek elektrisko lādiņu mijiedarbība. Elektriskais lauks izpaužas ar to, ka tas iedarbojas ar spēku uz jebkuru citu šajā laukā ievadītu lādiņu. Elektrostatisko lauku rada stacionāri elektriskie lādiņi un tas izplatās telpā ar ierobežotu ātrumu c.

Elektriskā lauka jaudas raksturlielumu sauc par spēku.

spriedze elektrisko kādā brīdī sauc par fizisko lielumu, vienāds ar attiecību spēks, ar kādu lauks iedarbojas uz tajā ievietotu pozitīvu testa lādiņu dotais punkts, līdz šīs maksas modulim.

Punkta lādiņa lauka stiprums q:

Superpozīcijas princips: lādiņu sistēmas radītā elektriskā lauka stiprums noteiktā telpas punktā ir vienāds ar elektrisko lauku stiprumu vektoru summu, ko šajā punktā rada katrs lādiņš atsevišķi (ja nav citu lādiņu).

Tāpat kā ķermeņa gravitācijas masas jēdziens Ņūtona mehānikā, lādiņa jēdziens elektrodinamikā ir primārais, pamatjēdziens.

Elektriskais lādiņš - tas ir fiziskais daudzums kas raksturo daļiņu vai ķermeņu īpašību iesaistīties elektromagnētiskā spēka mijiedarbībā.

Elektrisko lādiņu parasti apzīmē ar burtiem q vai J.

Visu zināmo eksperimentālo faktu kopums ļauj izdarīt šādus secinājumus:

Ir divu veidu elektriskie lādiņi, ko parasti sauc par pozitīvo un negatīvo.

Lādiņus var pārnest (piemēram, tiešā kontaktā) no viena ķermeņa uz otru. Atšķirībā no ķermeņa masas, elektriskais lādiņš nav noteikta ķermeņa īpašība. Vienam un tam pašam ķermenim dažādos apstākļos var būt atšķirīgs lādiņš.

Tāpat kā lādiņi atgrūž, atšķirībā no lādiņiem piesaista. Tas parāda arī būtisku atšķirību starp elektromagnētiskajiem spēkiem un gravitācijas spēkiem. Gravitācijas spēki vienmēr ir pievilkšanās spēki.

Viens no dabas pamatlikumiem ir eksperimentāli noteikts elektriskā lādiņa nezūdamības likums .

Izolētā sistēmā algebriskā summa visu ķermeņu lādiņi paliek nemainīgi:

q 1 + q 2 + q 3 + ... +qn= konst.

Elektriskā lādiņa nezūdamības likums nosaka, ka slēgtā ķermeņu sistēmā nevar novērot tikai vienas zīmes lādiņu rašanās vai izzušanas procesus.

No mūsdienu viedokļa lādiņu nesēji ir elementārdaļiņas. Visi parastie ķermeņi sastāv no atomiem, kas ietver pozitīvi lādētus protonus, negatīvi lādētus elektronus un neitrālas daļiņas- neitroni. Protoni un neitroni ir daļa no atomu kodoli, elektroni veido atomu elektronu apvalku. Protonu un elektronu moduļa elektriskie lādiņi ir tieši tādi paši un vienādi ar elementāro lādiņu e.

Neitrālā atomā protonu skaits kodolā ir vienāds ar elektronu skaitu čaulā. Šo numuru sauc atomskaitlis . Dotās vielas atoms var zaudēt vienu vai vairākus elektronus vai iegūt papildu elektronu. Šajos gadījumos neitrālais atoms pārvēršas par pozitīvi vai negatīvi lādētu jonu.

Lādiņu var pārnest no viena ķermeņa uz otru tikai daļās, kas satur veselu skaitu elementāru lādiņu. Tādējādi ķermeņa elektriskais lādiņš ir diskrēts lielums:

Tiek saukti fiziskie lielumi, kas var iegūt tikai diskrētu vērtību sēriju kvantēts . elementārais lādiņš e ir elektriskā lādiņa kvants (mazākā daļa). Jāpiebilst, ka mūsdienu elementārdaļiņu fizikā tiek pieņemts tā saukto kvarku esamība - daļiņas ar frakcionētu lādiņu un Tomēr kvarki brīvā stāvoklī vēl nav novēroti.

Parastos laboratorijas eksperimentos elektriskos lādiņus nosaka un mēra, izmantojot elektrometrs ( vai elektroskopu) - ierīce, kas sastāv no metāla stieņa un bultiņas, kas var griezties ap horizontālo asi (1.1.1. att.). Bultas uzgalis ir izolēts no metāla korpusa. Kad uzlādēts ķermenis saskaras ar elektrometra stieni, vienas zīmes elektriskie lādiņi tiek sadalīti pa stieni un bultiņu. Elektriskās atgrūšanās spēki liek bultai pagriezties noteiktā leņķī, pēc kura var spriest par lādiņu, kas pārnests uz elektrometra stieni.

Elektrometrs ir diezgan neapstrādāts instruments; tas neļauj pētīt lādiņu mijiedarbības spēkus. Pirmo reizi fiksēto lādiņu mijiedarbības likumu atklāja franču fiziķis Čārlzs Kulons 1785. gadā. Savos eksperimentos Kulons mērīja uzlādētu lodīšu pievilkšanas un atgrūšanas spēkus, izmantojot viņa izstrādātu ierīci - vērpes līdzsvaru (att. 1.1.2), kas bija ārkārtīgi jutīgs. Tā, piemēram, līdzsvara sija tika pagriezta par 1 °, iedarbojoties ar spēku aptuveni 10–9 N.

Mērījumu ideja bija balstīta uz Kulona izcilo minējumu, ka, ja uzlādēta bumba nonāk saskarē ar tieši tādu pašu neuzlādētu, tad pirmās lādiņš tiks sadalīts vienādi starp tām. Tādējādi tika norādīta metode, kā mainīt bumbas lādiņu divas, trīs utt. reizes. Kulona eksperimenti izmērīja mijiedarbību starp bumbiņām, kuru izmēri ir daudz mazāki par attālumu starp tām. Tādus lādētus ķermeņus sauc punktu maksas.

punktu maksa sauc par uzlādētu ķermeni, kura izmērus šīs problēmas apstākļos var neievērot.

Pamatojoties uz daudziem eksperimentiem, Kulons izveidoja šādu likumu:

Fiksēto lādiņu mijiedarbības spēki ir tieši proporcionāli lādiņu moduļu reizinājumam un apgriezti proporcionāli attāluma kvadrātam starp tiem:

Mijiedarbības spēki ievēro Ņūtona trešo likumu:

Tie ir atgrūdoši spēki ar vienādām lādiņu pazīmēm un pievilcīgi spēki ar dažādas zīmes(1.1.3. att.). Tiek saukta fiksēto elektrisko lādiņu mijiedarbība elektrostatiskais vai Kulons mijiedarbība. Tiek saukta elektrodinamikas sadaļa, kas pēta Kulona mijiedarbību elektrostatika .

Kulona likums ir spēkā ķermeņiem ar punktveida uzlādi. Praksē Kulona likums ir labi izpildīts, ja lādēto ķermeņu izmēri ir daudz mazāki par attālumu starp tiem.

Proporcionalitātes faktors k Kulona likumā ir atkarīgs no mērvienību sistēmas izvēles. Starptautiskajā SI sistēmā maksas mērvienība ir kulons(CL).

Kulons - tas ir lādiņš, kas 1 sekundē iziet caur vadītāja šķērsgriezumu pie strāvas stipruma 1 A. Strāvas stipruma vienība (ampēri) SI ir kopā ar garuma, laika un masas vienībām pamatmērvienība.

Koeficients k SI sistēmā parasti raksta šādi:

Kur - elektriskā konstante .

SI sistēmā elementārais lādiņš e vienāds:

Pieredze rāda, ka Kulona mijiedarbības spēki pakļaujas superpozīcijas principam:

Ja uzlādēts ķermenis vienlaikus mijiedarbojas ar vairākiem uzlādētiem ķermeņiem, tad iegūtais spēks, kas iedarbojas uz šo ķermeni, ir vienāds ar to spēku vektoru summu, kas uz šo ķermeni iedarbojas no visiem citiem uzlādētiem ķermeņiem.

Rīsi. 1.1.4 izskaidro superpozīcijas principu, izmantojot trīs uzlādētu ķermeņu elektrostatiskās mijiedarbības piemēru.

Superpozīcijas princips ir dabas pamatlikums. Tomēr tā lietošana prasa zināmu piesardzību attiecībā uz ierobežota izmēra uzlādētu ķermeņu (piemēram, divu vadošu lādētu lodīšu 1 un 2) mijiedarbību. Ja trešā uzlādētā bumbiņa tiek pacelta uz divu uzlādētu bumbiņu sistēmu, mijiedarbība starp 1 un 2 mainīsies, jo maksas pārdale.

Superpozīcijas princips nosaka, kad dotais (fiksēts) maksas sadalījums uz visiem ķermeņiem elektrostatiskās mijiedarbības spēki starp jebkuriem diviem ķermeņiem nav atkarīgi no citu lādētu ķermeņu klātbūtnes.

Uzlādes un elektrība ir obligāti termini gadījumos, kad tiek novērota uzlādētu ķermeņu mijiedarbība. Šķiet, ka atgrūšanas un pievilkšanas spēki izplūst no uzlādētiem ķermeņiem un vienlaikus izplatās visos virzienos, pakāpeniski izzūdot attālumā. Šo spēku savulaik atklāja slavenais franču dabaszinātnieks Šarls Kulons, un noteikums, kam pakļauti uzlādēti ķermeņi, kopš tā laika tiek saukts par Kulona likumu.

Čārlza kulons

Franču zinātnieks dzimis Francijā, kur ieguvis izcilu izglītību. Iegūtās zināšanas aktīvi pielietojis inženierzinātnēs un sniedzis nozīmīgu ieguldījumu mehānismu teorijā. Kulons ir autors darbiem, kuros pētīta vējdzirnavu darbība, dažādu konstrukciju statistika, diegu savīšana ārējo spēku ietekmē. Viens no šiem darbiem palīdzēja atklāt Kulona-Amontona likumu, kas izskaidro berzes procesus.

Bet Čārlzs Kulons sniedza galveno ieguldījumu statiskās elektrības izpētē. Eksperimenti, ko šis franču zinātnieks veica, lika viņam saprast vienu no vissvarīgākajiem fizikas likumiem. Tieši viņam mēs esam parādā savas zināšanas par lādētu ķermeņu mijiedarbības būtību.

fons

Pievilkšanās un atgrūšanas spēki, ar kuriem elektriskie lādiņi iedarbojas viens uz otru, ir vērsti pa taisnu līniju, kas savieno lādētos ķermeņus. Palielinoties attālumam, šis spēks vājinās. Gadsimtu pēc tam, kad Īzaks Ņūtons atklāja savu universālo gravitācijas likumu, franču zinātnieks K. Kulons eksperimentāli pētīja lādētu ķermeņu mijiedarbības principu un pierādīja, ka šāda spēka raksturs ir līdzīgs gravitācijas spēkiem. Turklāt, kā izrādījās, mijiedarbojošie ķermeņi elektriskajā laukā uzvedas tāpat kā jebkuri ķermeņi ar masu gravitācijas laukā.

Kulona ierīce

Ierīces shēma, ar kuru Čārlzs Kulons veica mērījumus, ir parādīta attēlā:

Kā redzat, būtībā šis dizains neatšķiras no ierīces, ko Cavendish savulaik izmantoja gravitācijas konstantes vērtības mērīšanai. Izolējošais stienis, kas piekārts uz tievas vītnes, beidzas ar metāla lodi, kurai tiek piešķirts noteikts elektriskais lādiņš. Bumbiņai tiek pietuvināta cita metāla bumbiņa, un tad, tai tuvojoties, mijiedarbības spēku mēra pēc vītnes vīšanas pakāpes.

Kulona eksperiments

Kulons ierosināja, ka toreiz zināmo Huka likumu var piemērot spēkam, ar kādu vītne tiek savīta. Zinātnieks salīdzināja spēka izmaiņas dažādos attālumos no vienas bumbiņas un atklāja, ka mijiedarbības spēks maina savu vērtību apgriezti ar attāluma starp bumbiņām kvadrātu. Kulonam izdevās mainīt uzlādētās lodītes vērtības no q uz q/2, q/4, q/8 un tā tālāk. Ar katru lādiņa maiņu mijiedarbības spēks proporcionāli mainīja savu vērtību. Tātad pakāpeniski tika formulēts noteikums, ko vēlāk sauca par "Kulona likumu".

Definīcija

Eksperimentāli franču zinātnieks pierādīja, ka spēki, ar kuriem mijiedarbojas divi uzlādēti ķermeņi, ir proporcionāli to lādiņu reizinājumam un apgriezti proporcionāli attāluma starp lādiņiem kvadrātam. Šis apgalvojums ir Kulona likums. Matemātiskā formā to var izteikt šādi:

Šajā izteiksmē:

• q ir maksas lielums;
• d ir attālums starp uzlādētiem ķermeņiem;
• k ir elektriskā konstante.

Elektriskās konstantes vērtība lielā mērā ir atkarīga no mērvienības izvēles. AT moderna sistēma elektriskā lādiņa lielumu mēra kulonos un elektrisko konstanti attiecīgi ņūtonos × m 2 / kulonos 2.

Nesenie mērījumi ir parādījuši, ka šim koeficientam jāņem vērā vides, kurā tiek veikts eksperiments, dielektriskā konstante. Tagad vērtība tiek parādīta kā attiecība k=k 1 /e, kur k 1 ir mums jau zināmā elektriskā konstante un nav caurlaidības rādītājs. Vakuuma apstākļos šī vērtība ir vienāda ar vienotību.

Secinājumi no Kulona likuma

Zinātnieks eksperimentēja ar dažādiem lādiņiem, pārbaudot mijiedarbību starp ķermeņiem ar dažādiem lādiņiem. Protams, viņš nevarēja izmērīt elektrisko lādiņu nevienās mērvienībās - viņam netrūka ne zināšanu, ne atbilstošu instrumentu. Čārlzs Kulons spēja atdalīt šāviņu, pieskaroties neuzlādētajai lodītei. Tātad viņš saņēma sākotnējās maksas daļējas vērtības. Vairāki eksperimenti ir parādījuši, ka elektriskais lādiņš saglabājas, apmaiņa notiek bez lādiņa apjoma palielināšanās vai samazināšanās. Šis pamatprincips veidoja elektriskā lādiņa nezūdamības likuma pamatu. Šobrīd ir pierādīts, ka šis likums tiek ievērots gan elementārdaļiņu mikrokosmosā, gan zvaigžņu un galaktiku makrokosmosā.

Kulona likuma izpildei nepieciešamie nosacījumi

Lai likums tiktu izpildīts precīzāk, ir jāievēro šādi nosacījumi:

• Maksai jābūt precīzai. Citiem vārdiem sakot, attālumam starp novērotajiem lādētajiem ķermeņiem jābūt daudz lielākam par to izmēriem. Ja uzlādēti ķermeņi ir sfēriski, tad varam pieņemt, ka viss lādiņš atrodas punktā, kas ir sfēras centrs.
• Mērāmajiem ķermeņiem jābūt nekustīgiem. Pretējā gadījumā kustīgo lādiņu ietekmēs daudzi trešo pušu faktori, piemēram, Lorenca spēks, kas lādētajam ķermenim piešķir papildu paātrinājumu. Kā arī kustīga lādēta ķermeņa magnētiskais lauks.
• Novērotajiem ķermeņiem jāatrodas vakuumā, lai izvairītos no gaisa masu plūsmu ietekmes uz novērojumu rezultātiem.

Kulona likums un kvantu elektrodinamika

No kvantu elektrodinamikas viedokļa lādētu ķermeņu mijiedarbība notiek virtuālo fotonu apmaiņas ceļā. Šādu nenovērojamu daļiņu un nulles masas, bet ne nulles lādiņa esamību netieši atbalsta nenoteiktības princips. Saskaņā ar šo principu starp šādas daļiņas emisijas un tās absorbcijas momentiem var pastāvēt virtuāls fotons. Jo mazāks attālums starp ķermeņiem, jo ​​mazāk laika fotons pavada ceļa ejot, tāpēc jo lielāka ir izstarotā fotonu enerģija. Nelielā attālumā starp novērotajiem lādiņiem nenoteiktības princips ļauj apmainīties gan ar īsviļņu, gan garo viļņu daļiņām, un lielos attālumos īsviļņu fotoni apmaiņā nepiedalās.

Vai Kulona likuma piemērošanai ir ierobežojumi?

Kulona likums pilnībā izskaidro divu punktu lādiņu uzvedību vakuumā. Bet, runājot par reāliem ķermeņiem, jāņem vērā lādētu ķermeņu tilpuma izmēri un vides, kurā tiek veikts novērojums, īpašības. Piemēram, daži pētnieki ir novērojuši, ka ķermenis, kas nes nelielu lādiņu un ar varu tiek ievests cita objekta elektriskajā laukā ar lielu lādiņu, sāk piesaistīties šim lādiņam. Šajā gadījumā apgalvojums, ka līdzīgi uzlādēti ķermeņi viens otru atgrūž, neizdodas, un būtu jāmeklē cits izskaidrojums novērotajai parādībai. Visticamāk, ne šeit jautājumā par Kulona likuma vai elektriskā lādiņa nezūdamības principa pārkāpumu - iespējams, mēs novērojam līdz galam līdz galam neizpētītas parādības, kuras zinātne varēs izskaidrot nedaudz vēlāk.