Waga skręceń Coulomba

Prawo Coulomba – prawo fizyki, opisujące siłę oddziaływania elektrostatycznego ładunków elektrycznych. Zostało opublikowane w 1785 przez francuskiego fizyka Charles’a Coulomba[1].

Prawo Coulomba mówi, że siła wzajemnego oddziaływania dwóch punktowych ładunków elektrycznych jest wprost proporcjonalna do iloczynu tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi.

Siła oddziaływania ładunków jest siłą centralną i zachowawczą.

Historia

  • W latach 1745–1756 badania siły oddziaływania między okładkami naładowanej butelki lejdejskiej prowadził gdańszczanin Daniel Gralath[2]. Nie sformułował on systematycznych zależności ilościowych.
  • W 1767 Joseph Priestley w książce The History and Present State of Electricity zauważył, że siły elektryczne są podobne do sił grawitacji[3], ale nie rozwinął tego tematu.
  • Prawdopodobnie pierwszym badaczem, który ilościowo określił siły oddziaływania między ładunkami, był Henry Cavendish, który w 1771 i 1776 napisał na temat zjawisk elektrycznych duże artykuły dla brytyjskiego Royal Society[4][5]. Prace te nie znalazły szerszego oddźwięku.
  • W 1785 Charles Coulomb opisał cykl prac, w których posługując się skonstruowaną przez siebie precyzyjną wagą skręceń, określił siły działające pomiędzy ładunkami elektrycznymi.

Sformułowanie prawa

Wartość siły oddziaływań

Wartość siły oddziaływania dwóch ciał punktowych (lub ciał kulistych równomiernie naładowanych) jest wprost proporcjonalna do wielkości ładunków i tych ciał, a odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Wartość siły dana jest wzorem:

gdzie:

– stała oddziaływań ładunków elektrycznych w próżni; w ogólnym przypadku w układzie SI stała wyraża się wzorem:

gdzie:

przenikalność elektryczna ośrodka,
względna przenikalność elektryczna ośrodka,
przenikalność elektryczna próżni.

Kierunek i zwrot siły oddziaływań

Wektory sił oddziaływania dwóch ładunków jednoimiennych

Kierunek działania siły oddziaływania ładunków wyznacza prosta przechodząca przez oba te ładunki, natomiast zwrot określają znaki ładunków, tak że:

  • ładunki jednoimienne odpychają się,
  • ładunki różnoimienne przyciągają się.

Wektor siły oddziaływań

Wektor siły, z jaką ciało naładowane działa na ciało można przedstawić wzorem:

gdzie poszczególne wielkości pokazane są na rysunku. Jeżeli i są wektorami wodzącymi odpowiednio ładunków i wtedy a prawo Coulomba wyraża wzór:

Potwierdzenie doświadczalne prawa Coulomba

Prawo Coulomba zostało sformułowane jako prawo doświadczalne, a wielkość wykładnika przy w mianowniku równa 2 ma zasadnicze znaczenie. Jedynie przy jego wielkości równej dokładnie 2 strumień natężenia pola elektrycznego dla dowolnej powierzchni obejmującej dany ładunek nie zależy od wyboru powierzchni, co umożliwia sformułowanie prawa Gaussa dla pola elektrycznego[6]. Według aktualnych danych doświadczalnych wykładnik jest równy 2 z dokładnością co najmniej (2,7±3,1)⋅10−16[7].

Prawo Coulomba dla układu ładunków

Przyjmując niezależność oddziaływań jednych ładunków od innych oddziaływań (zasada superpozycji), siła, z jaką układ ładunków punktowych działa na ładunek punktowy znajdujący się w położeniu

gdzie to położenie ładunku

Dla ciągłego rozkładu ładunków sumowanie zmienia się na całkowanie po oddziaływaniach zachodzących między parami ładunków cząstkowych oraz na jakie można podzielić oddziałujące ciała. Przykładowo, siła, z jaką ciało działa na ciało można wyrazić wzorem:

gdzie – wektor łączący ładunki oraz

Zobacz też

Przypisy

  1. Coulomba prawo, [w:] Encyklopedia PWN [dostęp 2021-07-22].
  2. Andrzej Januszajtis, Scientists In Old Gdańsk: 17th And 18th Centuries, TASK Quarterly, 5 No 3 (2001), ISSN 1428-6394
  3. Joseph Priestley,The History and Present State of Electricity, with original experiments. London, 1767. [1].
  4. Cavendish, Henry. An Attempt to Explain Some of the Principal Phaenomena of Electricity, by means of an Elastic Fluid. „Philosophical Transactions”. 61, s. 564–677, 1771. DOI: 10.1098/rstl.1771.0056. 
  5. Cavendish, Henry. An Account of Some Attempts to Imitate the Effects of the Torpedo by Electricity. „Philosophical Transactions”. 66, s. 195–225, 1776. DOI: 10.1098/rstl.1776.0013. 
  6. Andrzej Januszajtis: Pola. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1982. ISBN 83-01-01665-5.
  7. Williams, Faller, Hill. New Experimental Test of Coulomb’s Law: A Laboratory Upper Limit on the Photon Rest Mass. „Physical Review Letters”. 26, s. 721–724, 1971. DOI: 10.1103/PhysRevLett.26.721. 

Witaj

Uczę się języka hebrajskiego. Tutaj go sobie utrwalam.

Źródło

Zawartość tej strony pochodzi stąd.

Odsyłacze

Generator Margonem

Podziel się