كما هو الحال في ميكانيكا نيوتن ، يحدث تفاعل الجاذبية دائمًا بين الأجسام ذات الكتل ، وبالمثل في الديناميكا الكهربائية ، فإن التفاعل الكهربائي هو سمة من سمات الأجسام ذات الشحنات الكهربائية. يُشار إلى الشحنة الكهربائية بالرمز "q" أو "Q".

يمكن للمرء أن يقول حتى أن مفهوم الشحنة الكهربائية q في الديناميكا الكهربائية يشبه إلى حد ما مفهوم كتلة الجاذبية m في الميكانيكا. ولكن على عكس كتلة الجاذبية ، فإن الشحنة الكهربائية تميز خاصية الأجسام والجسيمات لدخولها حيز التنفيذ التفاعلات الكهرومغناطيسية ، وهذه التفاعلات ، كما تعلمون ، ليست جاذبية.

الشحنات الكهربائية

تحتوي الخبرة البشرية في دراسة الظواهر الكهربائية على العديد من النتائج التجريبية ، وكل هذه الحقائق سمحت للفيزيائيين بالتوصل إلى الاستنتاجات التالية الواضحة فيما يتعلق بالشحنات الكهربائية:

1. الشحنات الكهربائية من نوعين - بشرط يمكن تقسيمها إلى موجبة وسالبة.

2. يمكن نقل الشحنات الكهربائية من جسم مشحون إلى آخر: على سبيل المثال ، عن طريق ملامسة الأجسام لبعضها البعض - يمكن تقسيم الشحنة بينهما. في الوقت نفسه ، لا تعد الشحنة الكهربائية مكونًا إلزاميًا للجسم على الإطلاق: في ظل ظروف مختلفة ، قد يكون لنفس الجسم شحنة ذات حجم وإشارة مختلفة ، أو قد تكون الشحنة غائبة. وبالتالي ، فإن الشحنة ليست شيئًا متأصلًا في الناقل ، وفي الوقت نفسه ، لا يمكن أن توجد الشحنة بدون حامل الشحنة.

3. بينما تنجذب الأجسام الجاذبة دائمًا لبعضها البعض ، يمكن للشحنات الكهربائية جذب بعضها البعض وتنافرها. تجذب الشحنات المعاكسة بعضها البعض ، مثل الشحنات تتنافر.

قانون حفظ الشحنة الكهربائية هو قانون أساسي في الطبيعة ، يبدو كالتالي: "يبقى المجموع الجبري لشحنات جميع الأجسام داخل نظام معزول ثابتًا". هذا يعني أنه داخل نظام مغلق ، من المستحيل ظهور أو اختفاء رسوم بعلامة واحدة فقط.

اليوم ، وجهة النظر العلمية هي أن حاملات الشحنة في البداية هي جسيمات أولية. الجسيمات الأولية النيوترونات (المحايدة كهربائيا) والبروتونات (موجبة الشحنة) والإلكترونات (سالبة الشحنة) تشكل الذرات.

تشكل البروتونات والنيوترونات نوى الذرات ، وتشكل الإلكترونات أصداف الذرات. تتساوى وحدات الشحن الخاصة بالإلكترون والبروتون من حيث الحجم مع الشحنة الأولية e ، لكن علامات شحن هذه الجسيمات معاكسة لبعضها البعض.

أما بالنسبة للتفاعل المباشر بين الشحنات الكهربائية مع بعضها البعض ، ففي عام 1785 أسس الفيزيائي الفرنسي تشارلز كولوم بشكل تجريبي ووصف هذا القانون الأساسي للكهرباء الساكنة ، وهو قانون أساسي للطبيعة لا يتبع أي قوانين أخرى. درس العالم في عمله تفاعل الأجسام المشحونة بلا حراك ، وقاس قوى التنافر والجاذبية المتبادلة.

أسس كولوم تجريبيًا ما يلي: "تتناسب قوى تفاعل الشحنات الثابتة طرديًا مع ناتج الوحدات وتتناسب عكسًا مع مربع المسافة بينها."

هذه هي صياغة قانون كولوم. وعلى الرغم من عدم وجود رسوم نقطية في الطبيعة ، إلا أنه فيما يتعلق بشحنات النقاط فقط يمكننا التحدث عن المسافة بينهما ، في إطار هذه الصيغة لقانون كولوم.

في الواقع ، إذا كانت المسافات بين الأجسام تتجاوز أحجامها بشكل كبير ، فلن يؤثر حجم الأجسام المشحونة ولا شكلها بشكل خاص على تفاعلها ، مما يعني أنه يمكن اعتبار أجسام هذه المشكلة على أنها نقطة.

لنفكر في مثل هذا المثال. دعونا نعلق بضع كرات مشحونة على الخيوط. نظرًا لأنها مشحونة بطريقة ما ، فإنها إما ستتنافر أو تنجذب إلى بعضها البعض. نظرًا لأن القوات يتم توجيهها على طول الخط المستقيم الذي يربط بين هذه الهيئات ، فإن هذه القوى تكون مركزية.

للإشارة إلى القوى المؤثرة من كل من الشحنات على الأخرى ، نكتب: F12 - قوة الشحنة الثانية على الأولى ، F21 - قوة الشحنة الأولى على الثانية ، r12 - متجه نصف القطر من النقطة الثانية المسؤول عن الأول. إذا كانت الرسوم لها نفس العلامة ، فسيتم توجيه القوة F12 إلى متجه نصف القطر ، وإذا كانت الشحنات لها علامات مختلفة ، فسيتم توجيه F12 عكس متجه نصف القطر.

باستخدام قانون تفاعل الرسوم النقطية (قانون كولوم) ، أصبح من الممكن الآن العثور على قوة التفاعل لأي رسوم نقطية أو أجسام مشحونة بنقطة. إذا لم تكن الأجسام شبيهة بالنقطة ، فسيتم تقسيمها عقليًا إلى قطع صغيرة بواسطة العناصر ، يمكن اعتبار كل منها بمثابة شحنة نقطية.

بعد إيجاد القوى المؤثرة بين جميع العناصر الصغيرة ، تتم إضافة هذه القوى هندسيًا - تجد القوة الناتجة. تتفاعل الجسيمات الأولية أيضًا مع بعضها البعض وفقًا لقانون كولوم ، وحتى يومنا هذا لم يتم ملاحظة أي انتهاكات لهذا القانون الأساسي للكهرباء الساكنة.

لا يوجد مجال في الهندسة الكهربائية الحديثة حيث لا يعمل قانون كولوم بشكل أو بآخر. يبدأ بتيار كهربائي وينتهي بمكثف مشحون ببساطة. خاصة تلك المناطق التي تتعلق بالكهرباء الساكنة - فهي مرتبطة بنسبة 100٪ بقانون كولوم. لنلقِ نظرة على بعض الأمثلة فقط.

أبسط حالة هي إدخال عازل. دائمًا ما تكون قوة تفاعل الشحنات في الفراغ أكبر من قوة تفاعل نفس الشحنات في الظروف التي يوجد فيها نوع من العازل الكهربائي بينهما.

ثابت العزل للوسيط هو فقط القيمة التي تسمح لك بتحديد قيم القوى ، بغض النظر عن المسافة بين الشحنات وقوتها. يكفي تقسيم قوة تفاعل الشحنات في الفراغ على ثابت العزل الكهربائي للعزل الذي تم إدخاله - سنحصل على قوة التفاعل في وجود عازل.

معدات بحثية متطورة - مسرع الجسيمات المشحون. يعتمد عمل مسرعات الجسيمات المشحونة على ظاهرة التفاعل بين المجال الكهربائي والجسيمات المشحونة. يعمل المجال الكهربائي في المسرّع مما يزيد طاقة الجسيم.

إذا اعتبرنا الجسيم المتسارع هنا بمثابة شحنة نقطية ، وعمل المجال الكهربائي المتسارع للمسرع كقوة إجمالية من شحنة نقطية أخرى ، ففي هذه الحالة يتم مراعاة قانون كولوم بالكامل. يوجه المجال المغناطيسي الجسيم فقط بواسطة قوة لورنتز ، لكنه لا يغير طاقته ، إنه يحدد فقط مسار حركة الجسيمات في المسرع.

الهياكل الكهربائية الوقائية. تم تجهيز التركيبات الكهربائية المهمة دائمًا بما يبدو بسيطًا مثل مانع الصواعق. لا يكتمل عمل مانعة الصواعق أيضًا دون مراعاة قانون كولوم. أثناء عاصفة رعدية ، تظهر شحنات مستحثة كبيرة على الأرض - وفقًا لقانون كولوم ، تنجذب في اتجاه سحابة رعدية. والنتيجة هي وجود مجال كهربائي قوي على سطح الأرض.

تكون شدة هذا المجال عالية بشكل خاص بالقرب من الموصلات الحادة ، وبالتالي يتم إشعال تفريغ الهالة عند الطرف المدبب لقضيب الصواعق - تميل الشحنة من الأرض ، وفقًا لقانون كولوم ، إلى الانجذاب إلى الشحنة المعاكسة للسحابة الرعدية .

يتأين الهواء القريب من مانع الصواعق بشدة نتيجة لتفريغ الهالة. نتيجة لذلك ، تقل قوة المجال الكهربائي بالقرب من الطرف (وكذلك داخل أي موصل) ، ولا يمكن أن تتراكم الشحنات المستحثة على المبنى ، كما تقل احتمالية حدوث البرق. إذا ضرب البرق قضيب الصواعق ، فإن الشحنة ستنتقل ببساطة إلى الأرض ولن تتلف التثبيت.

قانون كولومهو قانون يصف قوى التفاعل بين الشحنات الكهربائية النقطية.

تتناسب وحدة قوة التفاعل لشحنات نقطتين في الفراغ طرديًا مع ناتج وحدات هذه الشحنات وتتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بينهما.

خلاف ذلك: رسوم نقطتين في مكنسةتعمل على بعضها البعض بقوة تتناسب مع ناتج وحدات هذه الشحنات ، وتتناسب عكسًا مع مربع المسافة بينها وتوجيهها على طول الخط المستقيم الذي يربط بين هذه الشحنات. تسمى هذه القوى الكهروستاتيكية (كولوم).

من المهم ملاحظة أنه لكي يكون القانون صحيحًا ، من الضروري:

شحنة نقطية - أي المسافة بين الأجسام المشحونة أكبر بكثير من أحجامها - ومع ذلك ، يمكن إثبات أن قوة التفاعل بين شحنتين موزعتين حجميًا مع توزيعات مكانية متناظرة كرويًا غير متقاطعة تساوي قوة تفاعل شحنتان نقطيتان مكافئتان تقعان في مراكز التناظر الكروي ؛

جمودهم. خلاف ذلك ، تصبح التأثيرات الإضافية سارية المفعول: مجال مغناطيسيالشحنة المتحركة والإضافية المقابلة قوة لورنتزالعمل على شحنة متحركة أخرى ؛

التفاعل في مكنسة.

ومع ذلك ، مع بعض التعديلات ، فإن القانون صالح أيضًا لتفاعلات الرسوم في وسيط ونقل الرسوم.

في شكل ناقل ، في صياغة S.Coulomb ، يتم كتابة القانون على النحو التالي:

أين هي القوة التي تعمل بها الشحنة 1 على الشحنة 2 ؛ - حجم التهم ؛ - متجه نصف القطر (متجه موجه من الشحنة 1 إلى الشحنة 2 ، ومتساوٍ ، في المعامل ، إلى المسافة بين الشحنات -) ؛ - معامل التناسب. وهكذا ، يشير القانون إلى أن التهم التي تحمل الاسم نفسه تتنافر (والرسوم المعاكسة تجتذب).

في SGSE وحدةيتم اختيار الشحنة بطريقة يتم فيها اختيار المعامل كيساوي واحد.

في النظام الدولي للوحدات (SI)إحدى الوحدات الأساسية هي الوحدة قوة التيار الكهربائي أمبير، ووحدة الشحن هي قلادةهو مشتقها. يتم تعريف الأمبير بهذه الطريقة ك= ص 2 10 −7 gn/ م = 8.9875517873681764 10 9 حم 2 / Cl 2 (أو Ф −1 م). في معامل SI كمكتوب على النحو التالي:

حيث ≈ 8.854187817 10 −12 F / م - ثابت كهربائي.

الأسئلة الأكثر شيوعًا

هل يمكن عمل ختم على مستند حسب العينة المقدمة؟ إجابه انه من الممكن. أرسل نسخة ممسوحة ضوئيًا أو صورة ذات جودة عالية إلى عنوان بريدنا الإلكتروني ، وسنقوم بعمل النسخة المكررة اللازمة.

ما هي أنواع الدفع التي تقبلونها؟ إجابه يمكنك دفع ثمن المستند في وقت الاستلام عن طريق البريد السريع ، بعد التحقق من صحة الملء وجودة الدبلوم. يمكن القيام بذلك أيضًا في مكاتب شركات البريد التي تقدم خدمات الدفع النقدي عند التسليم.
يتم وصف جميع شروط تسليم ودفع المستندات في قسم "الدفع والتسليم". نحن مستعدون أيضًا للاستماع إلى اقتراحاتكم حول شروط التسليم والدفع للمستند.

هل يمكنني التأكد من أنك لن تختفي مع أموالي بعد تقديم الطلب؟ إجابه لدينا خبرة طويلة في مجال إنتاج الدبلومات. لدينا العديد من المواقع التي يتم تحديثها باستمرار. يعمل المتخصصون لدينا في أجزاء مختلفة من البلاد ، وينتجون أكثر من 10 وثائق في اليوم. على مر السنين ، ساعدت مستنداتنا العديد من الأشخاص في حل مشاكل التوظيف أو الانتقال إلى وظائف ذات رواتب أعلى. لقد اكتسبنا الثقة والاعتراف بين العملاء ، لذلك لا يوجد سبب على الإطلاق للقيام بذلك. علاوة على ذلك ، من المستحيل القيام بذلك ماديًا: فأنت تدفع مقابل طلبك في وقت استلامه بين يديك ، ولا يوجد دفع مسبق.

هل يمكنني طلب دبلوم من أي جامعة؟ إجابه بشكل عام ، نعم. نحن نعمل في هذا المجال منذ ما يقرب من 12 عامًا. خلال هذا الوقت ، تم تشكيل قاعدة بيانات كاملة تقريبًا للوثائق الصادرة عن جميع الجامعات تقريبًا في البلاد ولسنوات مختلفة من الإصدار. كل ما تحتاجه هو اختيار جامعة ، وتخصص ، ووثيقة ، وملء استمارة طلب.

ماذا أفعل إذا وجدت أخطاء إملائية في أحد المستندات؟ إجابه عند استلام مستند من شركة البريد السريع أو شركة البريد ، نوصيك بالتحقق بعناية من جميع التفاصيل. إذا تم العثور على خطأ إملائي أو خطأ أو عدم دقة ، فيحق لك عدم الحصول على الدبلومة ، ويجب عليك الإشارة إلى أوجه القصور التي تم العثور عليها شخصيًا إلى البريد السريع أو كتابيًا عن طريق إرسال بريد إلكتروني.
في أقرب وقت ممكن ، سنقوم بتصحيح المستند وإعادة إرساله إلى العنوان المحدد. بالطبع ، سوف تدفع شركتنا تكاليف الشحن.
لتجنب سوء الفهم هذا ، قبل ملء النموذج الأصلي ، نرسل مخططًا للمستند المستقبلي إلى بريد العميل للتحقق والموافقة على الإصدار النهائي. قبل إرسال المستند عن طريق البريد أو البريد ، نلتقط أيضًا صورة وفيديو إضافيًا (بما في ذلك الأشعة فوق البنفسجية) بحيث يكون لديك فكرة مرئية عما ستحصل عليه في النهاية.

ماذا عليك أن تفعل لطلب دبلوم من شركتك؟ إجابه لطلب مستند (شهادة ، دبلوم ، شهادة أكاديمية ، وما إلى ذلك) ، يجب عليك ملء نموذج طلب عبر الإنترنت على موقعنا على الويب أو تقديم بريدك الإلكتروني حتى نرسل لك نموذج استبيان ، تحتاج إلى تعبئته وإرساله العودة إلينا.
إذا كنت لا تعرف ما يجب الإشارة إليه في أي حقل من حقول نموذج الطلب / الاستبيان ، فاتركهما فارغين. لذلك ، سنقوم بتوضيح جميع المعلومات المفقودة عبر الهاتف.

آخر مراجعات

عيد الحب:

لقد أنقذت ابننا من طرده! الحقيقة هي أنه بعد ترك المدرسة ذهب الابن إلى الجيش. وعندما عاد ، لم يرغب في التعافي. عملت بدون شهادة جامعية. لكنهم بدأوا مؤخرًا في إطلاق النار على كل من ليس لديه "قشرة. لذلك قررنا الاتصال بك ولم نأسف لذلك! الآن يعمل بهدوء ولا يخاف شيئًا! شكرًا لك!

في عام 1785 ، وضع الفيزيائي الفرنسي تشارلز كولوم تجريبياً القانون الأساسي للكهرباء الساكنة - قانون التفاعل بين جسمين أو جسيمات مشحونة بلا حراك.

قانون تفاعل الشحنات الكهربائية الساكنة - قانون كولوم - هو القانون الفيزيائي الرئيسي (الأساسي) ولا يمكن تأسيسه إلا تجريبيًا. لا يتبع أي قوانين أخرى للطبيعة.

إذا قمنا بتعيين وحدات الشحن على أنها | ف 1 | و | ف 2 | ، إذن يمكن كتابة قانون كولوم بالشكل التالي:

\ (~ F = k \ cdot \ dfrac (| q_1 | \ cdot | q_2 |) (r ^ 2) \) ، (1)

أين ك- معامل التناسب الذي تعتمد قيمته على اختيار وحدات الشحنة الكهربائية. في نظام SI \ (~ k = \ dfrac (1) (4 \ pi \ cdot \ varepsilon_0) = 9 \ cdot 10 ^ 9 \) N m 2 / Cl 2 ، حيث ε 0 هو ثابت كهربائي يساوي 8.85 10 -12 ج 2 / نيوتن متر 2.

صياغة القانون:

تتناسب قوة التفاعل بين جسمين مشحونين بلا حراك في الفراغ طرديًا مع ناتج وحدات الشحن وتتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بينهما.

هذه القوة تسمى كولوم.

قانون كولوم في هذه الصيغة صالح فقط لـ نقطةالجثث المشحونة ، لأن فقط بالنسبة لهم ، مفهوم المسافة بين الشحنات له معنى معين. لا توجد أجسام مشحونة ذات مغزى في الطبيعة. ولكن إذا كانت المسافة بين الأجسام أكبر بعدة مرات من حجمها ، فلن يؤثر شكل أو حجم الأجسام المشحونة ، كما تظهر التجربة ، بشكل كبير على التفاعل بينهما. في هذه الحالة ، يمكن اعتبار الجثث كأجسام نقطية.

من السهل العثور على كرتين مشحونتين معلقتين على أوتار إما تجاذب بعضهما البعض أو تتنافران. ويترتب على ذلك أن قوى التفاعل بين جسمين مشحونين بلا حراك يتم توجيههما على طول الخط المستقيم الذي يربط بين هذه الأجسام. تسمى هذه القوى وسط. إذا كان من خلال \ (~ \ vec F_ (1،2) \) نشير إلى القوة المؤثرة على الشحنة الأولى من الثانية ، ومن خلال \ (~ \ vec F_ (2،1) \) القوة التي تعمل على الشحنة الثانية من الأول (الشكل 1) ، إذن ، وفقًا لقانون نيوتن الثالث ، \ (~ \ vec F_ (1،2) = - \ vec F_ (2،1) \). قم بالإشارة بواسطة \ (\ vec r_ (1،2) \) متجه نصف القطر المرسوم من الشحنة الثانية إلى الأولى (الشكل 2) ، ثم

\ (~ \ vec F_ (1،2) = ك \ cdot \ dfrac (q_1 \ cdot q_2) (r ^ 3_ (1،2)) \ cdot \ vec r_ (1،2) \). (2)

إذا كانت الشحنة علامات ف 1 و ف 2 هي نفسها ، ثم اتجاه القوة \ (~ \ vec F_ (1،2) \) يتزامن مع اتجاه المتجه \ (~ \ vec r_ (1،2) \) ؛ خلاف ذلك ، يتم توجيه المتجهات \ (~ \ vec F_ (1،2) \) و \ (~ \ vec r_ (1،2) \) في اتجاهين متعاكسين.

من خلال معرفة قانون تفاعل الأجسام المشحونة بالنقطة ، من الممكن حساب قوة التفاعل لأي أجسام مشحونة. للقيام بذلك ، يجب تقسيم الجسم عقليًا إلى عناصر صغيرة بحيث يمكن اعتبار كل منها نقطة. بإضافة قوى التفاعل بين كل هذه العناصر مع بعضها البعض هندسيًا ، من الممكن حساب القوة الناتجة عن التفاعل.

إن اكتشاف قانون كولوم هو الخطوة الملموسة الأولى في دراسة خصائص الشحنة الكهربائية. يعني وجود شحنة كهربائية في الأجسام أو الجسيمات الأولية أنها تتفاعل مع بعضها البعض وفقًا لقانون كولوم. لم يتم العثور على أي انحرافات عن التطبيق الصارم لقانون كولوم في الوقت الحاضر.

تجربة كولوم

كانت الحاجة إلى تجارب كولوم سببها حقيقة أنه في منتصف القرن الثامن عشر. جمعت الكثير من البيانات النوعية عن الظواهر الكهربائية. كانت هناك حاجة لمنحهم تفسيرًا كميًا. نظرًا لأن قوى التفاعل الكهربائي كانت صغيرة نسبيًا ، فقد نشأت مشكلة خطيرة في إنشاء طريقة تجعل من الممكن إجراء القياسات والحصول على المواد الكمية اللازمة.

اقترح المهندس والعالم الفرنسي C.Coulomb طريقة لقياس القوى الصغيرة ، والتي استندت إلى الحقيقة التجريبية التالية ، التي اكتشفها العالم نفسه: القوة الناشئة عن التشوه المرن لسلك معدني تتناسب طرديًا مع زاوية الالتواء ، القوة الرابعة لقطر السلك وتتناسب عكسياً مع طوله:

\ (~ F_ (ynp) = ك \ cdot \ dfrac (د ^ 4) (l) \ cdot \ varphi \) ،

أين د- قطر الدائرة، ل- طول السلك، φ - زاوية الالتواء. في التعبير الرياضي أعلاه ، معامل التناسب كتم العثور عليه تجريبيًا ويعتمد على طبيعة المادة التي صنع منها السلك.

تم استخدام هذا النمط في ما يسمى بموازين الالتواء. جعلت المقاييس التي تم إنشاؤها من الممكن قياس قوى لا تذكر بترتيب 5 10-8 نيوتن.

أرز. 3

يتكون توازن الالتواء (الشكل 3 ، أ) من شعاع زجاجي خفيف 9 10.83 سم ، معلقة من سلك فضي 5 حوالي 75 سم وقطرها 0.22 سم وفي أحد طرفي الكرسي الهزاز كانت كرة من البلسان المذهبة 8 ، ومن ناحية أخرى - ثقل موازن 6 - دائرة ورقية مغموسة في زيت التربنتين. تم توصيل الطرف العلوي من السلك برأس الجهاز 1 . كان هناك أيضًا مؤشر هنا. 2 ، وبمساعدة زاوية التواء الخيط تم حسابها على مقياس دائري 3 . تم تخرج المقياس. تم وضع النظام بأكمله في اسطوانات زجاجية. 4 و 11 . في الغطاء العلوي للأسطوانة السفلية كان هناك ثقب تم فيه إدخال قضيب زجاجي به كرة. 7 في نهايةالمطاف. في التجارب ، تم استخدام كرات بأقطار تتراوح من 0.45 إلى 0.68 سم.

قبل بدء التجربة ، تم ضبط مؤشر الرأس على الصفر. ثم الكرة 7 مشحونة من كرة مكهربة مسبقًا 12 . عندما تلمس الكرة 7 مع تحريك الكرة 8 تم إعادة توزيع الشحنة. ومع ذلك ، نظرًا لحقيقة أن أقطار الكرات كانت متشابهة ، كانت الشحنات على الكرات هي نفسها. 7 و 8 .

بسبب التنافر الكهروستاتيكي للكرات (الشكل 3 ، ب) ، الروك 9 تحولت إلى زاوية ما γ (على مقياس 10 ). مع الرأس 1 عاد هذا الروك إلى موقعه الأصلي. على نطاق واسع 3 المؤشر 2 يسمح بتحديد الزاوية α التواء الخيط. مجموع زاوية الالتواء φ = γ + α . كانت قوة تفاعل الكرات متناسبة φ ، على سبيل المثال ، يمكن استخدام زاوية الالتواء للحكم على حجم هذه القوة.

على مسافة ثابتة بين الكرات (تم تثبيتها على مقياس 10 في قياس الدرجة) تمت دراسة اعتماد قوة التفاعل الكهربائي للأجسام النقطية على حجم الشحنة عليها.

لتحديد اعتماد القوة على شحنة الكرات ، وجد كولوم طريقة بسيطة ومبتكرة لتغيير شحنة إحدى الكرات. للقيام بذلك ، قام بتوصيل كرة مشحونة (كرات 7 أو 8 ) بنفس الحجم غير مشحون (كرة 12 على المقبض العازل). في هذه الحالة ، تم توزيع الشحنة بالتساوي بين الكرات ، مما أدى إلى تقليل الشحنة التي تم التحقيق فيها بمقدار 2 ، 4 ، إلخ. تم تحديد القيمة الجديدة للقوة بالقيمة الجديدة للشحنة بشكل تجريبي مرة أخرى. في نفس الوقت ، اتضح أن القوة تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب شحنات الكرات:

\ (~ F \ sim q_1 \ cdot q_2 \).

تم اكتشاف اعتماد قوة التفاعل الكهربائي على المسافة على النحو التالي. بعد توصيل الشحنة إلى الكرات (كان لديهم نفس الشحنة) ، انحرف الروك بزاوية معينة γ . ثم يدير الرأس 1 يتم تقليل هذه الزاوية إلى γ واحد . الزاوية الكلية للالتواء φ 1 = α 1 + (γ - γ 1)(α 1- زاوية دوران الرأس). عندما تنخفض المسافة الزاوية للكرات إلى γ 2 زاوية ملتوية كلية φ 2 = α 2 + (γ - γ 2). لوحظ أنه إذا γ 1 = 2γ 2 ، ثم φ 2 = 4φ 1 ، أي عندما انخفضت المسافة بمعامل 2 ، زادت قوة التفاعل بمعامل 4. زادت لحظة القوة بنفس المقدار ، لأنه أثناء تشوه الالتواء ، تتناسب لحظة القوة بشكل مباشر مع زاوية الالتواء ، ومن ثم القوة (ظل ذراع القوة دون تغيير). من هذا يتبع الاستنتاج: تتناسب القوة بين كرتين مشحنتين عكسيًا مع مربع المسافة بينهما:

\ (~ F \ sim \ dfrac (1) (r ^ 2) \).

المؤلفات

1. مياكيشيف ج. الفيزياء: الديناميكا الكهربائية. 10-11 خلية: كتاب مدرسي. للدراسة المتعمقة للفيزياء / G.Ya. مياكيشيف ، أ. سينياكوف ، ب. سلوبودسكوف. - م: بوستارد ، 2005. - 476 ص.
2. Volshtein S.L. et al. طرق العلوم الفيزيائية في المدرسة: دليل للمعلم / S.L. فولشتين ، S.V. بوزويسكي ، في. أوسانوف. إد. م. فولشتين. - مينيسوتا: نار. أسفيتا ، 1988. - 144 ص.

يصف قانون كولوم كمياً تفاعل الأجسام المشحونة. إنه قانون أساسي ، أي تم إنشاؤه بالتجربة ولا يتبع أي قانون آخر من قوانين الطبيعة. تمت صياغته لشحنات النقاط الثابتة في الفراغ. في الواقع ، لا توجد رسوم نقطية ، ولكن يمكن اعتبار هذه الشحنات ، والتي تكون أبعادها أصغر بكثير من المسافة بينهما. تكاد تكون قوة التفاعل في الهواء هي نفسها قوة التفاعل في الفراغ (وهي أضعف بمقدار أقل من ألف).

الشحنة الكهربائيةهي كمية فيزيائية تميز خاصية الجسيمات أو الأجسام للدخول في تفاعلات القوة الكهرومغناطيسية.

تم اكتشاف قانون تفاعل الشحنات الثابتة لأول مرة من قبل الفيزيائي الفرنسي سي كولوم في عام 1785. قاست تجارب كولومب التفاعل بين الكرات ذات أبعاد أصغر بكثير من المسافة بينهما. تسمى هذه الهيئات المشحونة رسوم نقطة.

بناءً على العديد من التجارب ، أنشأ كولوم القانون التالي:

إن قوة التفاعل بين شحنتين كهربائيتين ثابتتين في الفراغ تتناسب طرديًا مع ناتج وحداتها وتتناسب عكسًا مع مربع المسافة بينهما. يتم توجيهها على طول الخط المستقيم الذي يربط الشحنات ، وهي قوة جذابة إذا كانت الشحنات معاكسة ، وقوة طاردة إذا كانت الشحنات من نفس الاسم.

إذا قمنا بتعيين وحدات الشحن على أنها | ف 1 | و | ف 2 | ، إذن يمكن كتابة قانون كولوم بالشكل التالي:

\ [F = k \ cdot \ dfrac (\ left | q_1 \ right | \ cdot \ left | q_2 \ right |) (r ^ 2) \]

يعتمد معامل التناسب k في قانون كولوم على اختيار نظام الوحدات.

\ [k = \ frac (1) (4 \ pi \ varepsilon _0) \]

الصيغة الكاملة لقانون كولوم:

\ [F = \ dfrac (\ left | q_1 \ right | \ left | q_2 \ right |) (4 \ pi \ varepsilon_0 \ varepsilon r ^ 2) \]

\ (F \) - قوة كولوم

\ (q_1 q_2 \) - الشحنة الكهربائية للجسم

\ (r \) - المسافة بين الشحنات

\ (\ varepsilon_0 = 8.85 * 10 ^ (- 12) \)- ثابت كهربائي

\ (\ varepsilon \) - ثابت العزل للوسيط

\ (ك = 9 * 10 ^ 9 \) - معامل التناسب في قانون كولوم

تخضع قوى التفاعل لقانون نيوتن الثالث: \ (\ vec (F) _ (12) = \ vec (F) _ (21) \). إنها قوى طاردة لها نفس علامات الشحنات وقوى جاذبة بعلامات مختلفة.

عادةً ما يُشار إلى الشحنة الكهربائية بالحرفين q أو Q.

يتيح لنا مجموع جميع الحقائق التجريبية المعروفة استخلاص الاستنتاجات التالية:

هناك نوعان من الشحنات الكهربائية ، يطلق عليهما تقليديًا الشحنات الموجبة والسالبة.

يمكن نقل الرسوم (على سبيل المثال ، عن طريق الاتصال المباشر) من هيئة إلى أخرى. على عكس كتلة الجسم ، فإن الشحنة الكهربائية ليست خاصية متأصلة في جسم معين. يمكن أن يكون لنفس الجسم في ظروف مختلفة شحنة مختلفة.

مثل صد الاتهامات ، على عكس جذب الشحنات. يوضح هذا أيضًا الاختلاف الأساسي بين القوى الكهرومغناطيسية وقوى الجاذبية. قوى الجاذبية هي دائما قوى الجذب.

يسمى تفاعل الشحنات الكهربائية الثابتة بالتفاعل الكهروستاتيكي أو تفاعل كولوم. يسمى قسم الديناميكا الكهربية الذي يدرس تفاعل كولوم بالكهرباء الساكنة.

قانون كولوم صالح للأجسام المشحونة بالنقطة. من الناحية العملية ، يكون قانون كولوم راضيًا جيدًا إذا كانت أبعاد الأجسام المشحونة أصغر بكثير من المسافة بينها.

لاحظ أنه من أجل استيفاء قانون كولوم ، هناك 3 شروط ضرورية:

• رسوم النقاط- أي أن المسافة بين الأجسام المشحونة أكبر بكثير من حجمها.
• جمود الرسوم. بخلاف ذلك ، تدخل تأثيرات إضافية حيز التنفيذ: المجال المغناطيسي للشحنة المتحركة وقوة لورنتز الإضافية المقابلة التي تعمل على شحنة متحركة أخرى.
• تفاعل الشحنات في الفراغ.

في نظام SI الدولي ، الكولوم (C) يؤخذ كوحدة شحن.

القلادة عبارة عن شحنة تمر خلال 1 ثانية عبر المقطع العرضي للموصل بقوة تيار تبلغ 1 أ. وحدة التيار (الأمبير) في النظام الدولي للوحدات هي ، جنبًا إلى جنب مع وحدات الطول والوقت والكتلة ، وحدة القياس الرئيسية.

تم تعطيل جافا سكريبت في المتصفح الخاص بك.
يجب تمكين عناصر تحكم ActiveX لإجراء العمليات الحسابية!

مثال 1

مهمة

تتلامس الكرة المشحونة مع نفس الكرة غير المشحونة تمامًا. كونها على مسافة \ (r \ u003d 15 \) سم ، تتنافر الكرات بقوة \ (F \ u003d 1 \) mN. ما هي الشحنة الأولية للكرة المشحونة؟

المحلول

عند التلامس ، سيتم تقسيم الشحنة إلى نصفين بالضبط (الكرات هي نفسها). بناءً على قوة التفاعل هذه ، يمكننا تحديد شحنات الكرات بعد الاتصال (دعنا لا ننسى أنه يجب تمثيل جميع الكميات بوحدات SI - \ (F \ u003d 10 ^ (-3) \) H ، \ (r = 0.15 \) م):

\ (F = \ dfrac (ك \ cdot q ^ 2) (r ^ 2) ، q ^ 2 = \ dfrac (F \ cdot r ^ 2) (ك) \)

\ (ك = \ dfrac (1) (4 \ cdot \ pi \ cdot \ varepsilon _0) = 9 \ cdot 10 ^ 9 \)

\ (q = \ sqrt (\ dfrac (f \ cdot r ^ 2) (k)) = \ sqrt (\ dfrac (10 ^ (- 3) \ cdot (0.15) ^ 2) (9 \ cdot 10 ^ 9) ) = 5 \ cdot 10 ^ 8 \)

ثم ، قبل التلامس ، كانت شحنة الكرة المشحونة ضعف شحنة: \ (q_1 = 2 \ cdot 5 \ cdot 10 ^ (- 8) = 10 ^ (- 7) \)

إجابه

\ (q_1 = 10 ^ (- 7) = 10 \ cdot 10 ^ (- 6) \) ج ، أو 10 درجة مئوية.

مثال 2

مهمة

كرتان صغيرتان متطابقتان تزن كل منهما 0.1 جرام معلقة على خيوط غير موصلة بطول (displaystyle (ell = 1، (text (m))))إلى نقطة واحدة. بعد أن أعطيت الكرات نفس الرسوم \ (\ displaystyle (q) \) ، قاموا بتفريق المسافة (displaystyle (r = 9، (text (cm)))). سماحية الهواء (displaystyle (varepsilon = 1)). تحديد شحنات الكرات.

بيانات

\ (\ displaystyle (m = 0،1 \ (\ text (r)) = 10 ^ (- 4) \ (\ text (kg)))) \)

(displaystyle (ell = 1، (text (m))))

\ (\ displaystyle (r = 9 \ (\ text (cm)) = 9 \ cdot 10 ^ (- 2) \ (\ text (m))) \)

(displaystyle (varepsilon = 1))

(displaystyle (q) -؟)

المحلول

بما أن الكرات هي نفسها ، فإن نفس القوى تعمل على كل كرة: الجاذبية \ (\ displaystyle (m \ vec g) \) ، توتر الخيط \ (\ displaystyle (\ vec T) \) وتفاعل كولوم (تنافر) \ (displaystyle (vec F)). يوضح الشكل القوى المؤثرة على إحدى الكرات. بما أن الكرة في حالة توازن ، فإن مجموع كل القوى المؤثرة عليها هو 0. أيضًا ، مجموع إسقاطات القوى على محاور \ (\ displaystyle (OX) \) و (\ displaystyle (OY) \) هو 0:

\ (\ start (المعادلة) ((\ mbox (لكل محور)) (OX): \ atop (\ mbox (لكل محور)) (OY):) \ quad \ left \ (\ start (array) (ll) F-T \ sin (\ alpha) & = 0 \ T \ cos (\ alpha) -mg & = 0 \ end (array) \ right. \ quad (\ text (or)) \ quad \ left \ (\ begin (array) ) (ll) T \ sin (\ alpha) & = F \\ T \ cos (\ alpha) & = mg \ end (array) \ right. \ end (equation) \)

لنحل هذه المعادلات معًا. قسمة مصطلح المساواة الأول على المصطلح الثاني ، نحصل على:

\ (\ start (المعادلة) (\ mbox (tg) \،) = (F \ over mg) \. \ end (المعادلة) \)

بما أن الزاوية \ (\ displaystyle (\ alpha) \) صغيرة ، إذن

\ (\ start (المعادلة) (\ mbox (tg) \،) \ تقريبًا \ الخطيئة (\ alpha) = (r \ over 2 \ ell) \ ،. \ end (المعادلة) \)

ثم يأخذ التعبير الشكل:

\ (\ ابدأ (المعادلة) (r \ أكثر من 2 \ ell) = (F \ over mg) \ ،. \ end (المعادلة) \)

القوة \ (\ displaystyle (F) \) وفقًا لقانون كولوم هي: (\ displaystyle (F = k (q ^ 2 \ over varepsilon r ^ 2)))). عوّض بالقيمة \ (\ displaystyle (F) \) في التعبير (52):

\ (\ start (المعادلة) (r \ over 2 \ ell) = (kq ^ 2 \ over \ varepsilon r ^ 2 mg) \، \ end (المعادلة) \)

من أين نعبر عن الشحنة المرغوبة بشكل عام:

\ (\ start (المعادلة) q = r \ sqrt (r \ varepsilon mg \ over 2k \ ell) \ ،. \ end (المعادلة) \)

بعد استبدال القيم العددية ، سيكون لدينا:

\ (\ start (المعادلة) q = 9 \ cdot 10 ^ (- 2) \ sqrt (9 \ cdot 10 ^ (- 2) \ cdot 1 \ cdot 10 ^ (- 4) \ cdot 9،8 \ over 2 \ cdot 9 \ cdot 10 ^ 9 \ cdot 1) \، ((\ text (Q))) = 6.36 \ cdot 10 ^ (- 9) \، ((\ text (Q))) \،. \ end (المعادلة ) \)

يُقترح التحقق بشكل مستقل من أبعاد صيغة الحساب.

الجواب: (\ displaystyle (q = 6،36 \ cdot 10 ^ (- 9) \، (\ text (K)) \ ،.) \)

إجابه

\ (\ displaystyle (q = 6،36 \ cdot 10 ^ (- 9) \، (\ text (K)) \ ،.) \)

مثال 3

مهمة

ما العمل الذي يجب القيام به لتحريك شحنة نقطية \ (\ displaystyle (q = 6 \، (\ text (nCl))) \) من اللانهاية إلى نقطة على مسافة \ (\ displaystyle (\ ell = 10 \، ( \ text (cm))) \) من سطح كرة معدنية إمكاناتها \ (\ displaystyle (\ varphi _ (\ text (w)) = 200 \، (\ text (B))) \) ، ومن نصف القطر هو \ (\ displaystyle (R = 2 \، (\ text (cm))) \)؟ يكون البالون في الهواء (count \ (\ displaystyle (\ varepsilon = 1) \)).

بيانات

\ (\ displaystyle (q = 6 \ (\ text (nK)) = 6 \ cdot 10 ^ (- 9) \ (\ text (K))) \) (\ displaystyle (\ ell = 10 \، (\ text (cm))) \) (\ displaystyle (\ varphi _ (\ text (w)) = 200 \ (\ text (B))) \) (\ displaystyle (R = 2 \، (\ text (cm))) \) (\ displaystyle (\ varepsilon = 1) \) (\ displaystyle (A) \) -؟

المحلول

العمل الذي يجب القيام به لنقل الشحنة من نقطة محتملة \ (\ displaystyle (\ varphi_1) \) إلى نقطة ذات جهد \ (\ displaystyle (\ varphi_2) \) يساوي التغير في الطاقة الكامنة لشحنة نقطية ، مأخوذة بعلامة معاكسة:

\ (\ start (المعادلة) A = - \ Delta W_n \ ،. \ end (المعادلة) \)

من المعروف أن \ (\ displaystyle (A = -q (\ varphi_2- \ varphi_1))) أو

\ (\ start (المعادلة) A = q (\ varphi_1- \ varphi_2) \ ،. \ end (المعادلة) \)

نظرًا لأن شحنة النقطة في البداية عند اللانهاية ، فإن الإمكانات عند هذه النقطة من الحقل هي 0: (\ displaystyle (\ varphi_1 = 0) \).

لنحدد الإمكانات عند نقطة النهاية ، أي \ (\ displaystyle (\ varphi_2) \).

لنفترض \ (\ displaystyle (Q _ (\ text (w))) \) أن تكون شحنة الكرة. حسب حالة المشكلة ، تُعرف إمكانات الكرة (\ (\ displaystyle (\ varphi _ (\ text (w)) = 200 \، (\ text (B))) \)) ، ثم:

\ (\ start (المعادلة) \ varphi _ (\ text (w)) = (Q _ (\ text (w)) \ over 4 \ pi \ varepsilon_o \ varepsilon R) \، \ end (المعادلة) \)

\ (\ start (المعادلة) (\ text (from)) \ quad Q _ (\ text (w)) = \ varphi _ (\ text (w)) \ cdot 4 \ pi \ varepsilon_o \ varepsilon R \،. \ end ( معادلة)\)

قيمة المجال المحتمل عند نقطة النهاية ، مع مراعاة:

\ (\ start (المعادلة) \ varphi_2 = (Q _ (\ text (w)) \ over 4 \ pi \ varepsilon_o \ varepsilon (R + \ ell)) = (\ varphi _ (\ text (w)) R \ over (R + \ ell)) \،. \ النهاية (المعادلة) \)

استبدل القيمة \ (\ displaystyle (\ varphi_1) \) و (\ displaystyle (\ varphi_2) \) في التعبير ، وبعد ذلك نحصل على العمل المطلوب:

\ (\ start (المعادلة) A = -q (\ varphi _ (\ text (w)) R \ over (R + \ ell)) \ ،. \ end (المعادلة) \)

نتيجة العمليات الحسابية ، نحصل على: \ (\ displaystyle (A = -2 \ cdot 10 ^ (- 7) \، (\ text (J)))) \).

إذن معامل قوة التفاعل بين الرسوم المتجاورة يساوي:

\ (F = \ dfrac (k \ cdot q ^ 2) (l ^ (2) _ (1)) = \ Delta l \ cdot k_ (pr) \)

علاوة على ذلك ، فإن إطالة السلك هي: \ (\ Delta l \ u003d l \).

حيث حجم الشحنة يساوي:

\ (q = \ sqrt (\ frac (4 \ cdot l ^ 3 \ cdot k_ (pr)) (k)) \)

إجابه

\ (q = 2 \ cdot l \ cdot \ sqrt (\ frac (l \ cdot k_ (pr)) (k)) \)