쿨롱의 법칙은 이런 형태입니다. 쿨롱의 법칙을 간단한 단어로 표현하면 쿨롱의 법칙을 벡터 형태로 표현한 것입니다.

· 점전하의 상호작용에만 유효함즉, 선형 치수를 그들 사이의 거리와 비교하여 무시할 수 있는 대전체입니다.

· 상호작용의 힘을 표현한다정지 전하 사이, 즉 정전기 법칙입니다.

쿨롱의 법칙의 공식화:

두 점 전하 사이의 정전기적 상호작용의 힘은 전하 크기의 곱에 정비례하고, 두 점 전하 사이의 거리의 제곱에 반비례합니다.

비례 요인쿨롱의 법칙에서 의존한다

1. 환경의 특성에서

2. 공식에 포함된 수량의 측정 단위 선택.

그러므로 관계식으로 표현하면 다음과 같다.

어디 - 측정 단위 시스템의 선택에만 의존하는 계수;

매질의 전기적 특성을 특징짓는 무차원량을 다음과 같이 부릅니다. 매체의 비유전율 . 이는 측정 단위 시스템의 선택에 의존하지 않으며 진공 상태의 시스템과 동일합니다.

그러면 쿨롱의 법칙은 다음과 같은 형식을 취합니다.

진공용,

그 다음에 - 매체의 비유전율은 주어진 매체에서 서로 멀리 떨어져 있는 두 점 전하 사이의 상호 작용력이 진공 상태에서보다 몇 번이나 적은지를 보여줍니다.

SI 시스템에서는계수 및

쿨롱의 법칙은 다음과 같은 형식을 갖습니다.: .

이것 법칙 K의 합리화된 표기법잡다.

전기 상수 .

SGSE 시스템에서 , .

벡터 형태로 쿨롱의 법칙형태를 취한다

어디 - 전하의 측면에서 전하에 작용하는 힘의 벡터 ,

- 전하와 전하를 연결하는 반경 벡터

아르 자형– 반경 벡터의 계수.

모든 대전체는 많은 점 전하로 구성되므로 하나의 대전체가 다른 대전체에 작용하는 정전기력은 첫 번째 본체의 각 점 전하에 의해 두 번째 본체의 모든 점 전하에 가해지는 힘의 벡터 합과 같습니다.

1.3 전기장. 긴장.

공간,전하가 위치한 곳은 특정 물리적 특성.

1. 혹시라도또 다른 이 공간으로 유입된 전하는 정전기 쿨롱 힘에 의해 작용합니다.

2. 공간의 모든 지점에 힘이 작용하면 이 공간에는 힘의 장이 존재한다고 말합니다.

3. 장은 물질과 함께 물질의 형태이다.

4. 필드가 고정되어 있는 경우, 즉 시간이 지나도 변하지 않고 고정된 전하에 의해 생성되는 경우 이러한 필드를 정전기라고 합니다.

D. Giancoli의 자료를 기반으로 한 출판물. "두 권으로 된 물리학" 1984년 2권.

전하 사이에는 힘이 있습니다. 요금의 규모와 기타 요인에 따라 어떻게 달라지나요?
이 질문은 1780년대 프랑스 물리학자 샤를 쿨롱(1736-1806)에 의해 탐구되었습니다. 그는 중력 상수를 결정하기 위해 Cavendish가 사용한 것과 매우 유사한 비틀림 저울을 사용했습니다.
실에 매달린 막대 끝에 있는 볼에 전하를 가하면 막대가 약간 휘어지고 실이 비틀리며 실의 회전 각도는 전하 사이에 작용하는 힘(비틀림 균형)에 비례하게 됩니다. ). 쿨롱은 이 장치를 사용하여 전하 크기와 전하 사이의 거리에 대한 힘의 의존성을 결정했습니다.

당시에는 전하량을 정확하게 측정할 수 있는 장비가 없었지만 쿨롱은 알려진 전하율로 작은 공을 준비할 수 있었습니다. 그는 충전된 전도성 공이 정확히 동일한 충전되지 않은 공과 접촉하게 되면 대칭으로 인해 첫 번째 공에 존재하는 전하가 두 공 사이에 균등하게 분배될 것이라고 추론했습니다.
이를 통해 그에게 1/2, 1/4 등의 요금을 받을 수 있는 능력이 부여되었습니다. 원본에서.
전하 유도와 관련된 몇 가지 어려움에도 불구하고 쿨롱은 하나의 대전체가 다른 작은 대전체에 작용하는 힘이 각 대전체의 전하에 정비례한다는 것을 증명할 수 있었습니다.
즉, 이들 물체 중 하나의 전하가 두 배가 되면 힘도 두 배가 됩니다. 두 몸체의 전하가 동시에 두 배로 증가하면 힘은 네 배 더 커집니다. 물체 사이의 거리가 일정하게 유지된다면 이는 사실입니다.
쿨롱은 물체 사이의 거리를 변경함으로써 물체 사이에 작용하는 힘이 거리의 제곱에 반비례한다는 사실을 발견했습니다. 예를 들어 거리가 두 배가 되면 힘은 4배 작아집니다.

따라서 쿨롱은 하나의 작은 대전체(이상적으로는 점전하, 즉 공간 차원이 없는 물질 점과 같은 물체)가 다른 대전체에 작용하는 힘은 전하의 곱에 비례한다고 결론지었습니다. 큐 1과 큐 2이며 둘 사이의 거리의 제곱에 반비례합니다.

여기 케이- 비례 계수.
이 관계는 쿨롱의 법칙으로 알려져 있습니다. 그 타당성은 Coulomb의 원본보다 훨씬 더 정확하고 재현하기 어려운 신중한 실험을 통해 확인되었습니다. 지수 2는 현재 10 -16의 정확도로 설정됩니다. 이는 2 ± 2×10 -16과 같습니다.

이제 새로운 양인 전하량을 다루고 있으므로 공식의 상수 k가 1과 같도록 측정 단위를 선택할 수 있습니다. 실제로 이러한 단위 시스템은 최근까지 물리학에서 널리 사용되었습니다.

우리는 정전하 단위 SGSE를 사용하는 CGS 시스템(센티미터-그램-초)에 대해 이야기하고 있습니다. 정의에 따르면, 서로 1 cm 거리에 위치한 각각 1 SGSE의 전하를 갖는 두 개의 작은 몸체는 1 다인의 힘과 상호 작용합니다.

그러나 이제 전하는 SI 단위로 가장 자주 표현되며 단위는 쿨롱(C)입니다.
전류와 자기장의 관점에서 쿨롱의 정확한 정의를 나중에 설명하겠습니다.
SI 시스템에서는 상수 케이규모가 있다 케이= 8.988×10 9 Nm 2 / Cl 2.

일반 물체(빗, 플라스틱 자 등)의 마찰로 인해 대전되는 동안 발생하는 전하는 마이크로쿨롱 이하(1 µC = 10 -6 C) 정도입니다.
전자 전하(음성)는 대략 1.602×10 -19 C입니다. 이것은 알려진 가장 작은 요금입니다. 그것은 근본적인 의미를 가지며 기호로 표현됩니다. 이자형, 이는 종종 기본 전하라고 불립니다.
이자형= (1.6021892 ± 0.0000046)×10 -19C, 또는 이자형≒ 1.602×10 -19 Cl.

신체는 전자의 일부를 얻거나 잃을 수 없기 때문에 신체의 총 전하는 기본 전하의 정수배여야 합니다. 그들은 전하가 양자화되어 있다고 말합니다(즉, 이산적인 값만 취할 수 있음). 그러나 전자 전하가 있기 때문에 이자형매우 작기 때문에 우리는 일반적으로 거시적인 전하의 불연속성을 인식하지 못하고(1 µC의 전하는 약 10 13 전자에 해당함) 전하가 연속적인 것으로 간주합니다.

쿨롱 공식은 한 전하가 다른 전하에 작용하는 힘을 나타냅니다. 이 힘은 전하를 연결하는 선을 따라 전달됩니다. 전하의 부호가 동일하면 전하에 작용하는 힘은 반대 방향으로 향하게 됩니다. 전하의 부호가 다르면 전하에 작용하는 힘은 서로를 향하게 됩니다.
뉴턴의 제3법칙에 따르면, 한 전하가 다른 전하에 작용하는 힘은 두 번째 전하가 첫 번째 전하에 작용하는 힘과 크기가 같고 방향이 반대입니다.
쿨롱의 법칙은 뉴턴의 만유인력 법칙과 유사하게 벡터 형식으로 작성할 수 있습니다.

어디 에프 12 - 전하에 작용하는 힘의 벡터 큐충전측 1개 큐 2,
- 요금 사이의 거리,
- 단위 벡터의 방향 큐 2천 큐 1.
이 공식은 거리가 자체 치수보다 훨씬 큰 몸체에만 적용된다는 점을 명심해야 합니다. 이상적으로는 포인트 요금입니다. 유한한 크기의 물체의 경우 거리를 계산하는 방법이 항상 명확하지는 않습니다. 아르 자형특히 전하 분포가 불균일할 수 있기 때문입니다. 두 물체가 모두 균일한 전하 분포를 갖는 구라면, 아르 자형구의 중심 사이의 거리를 의미합니다. 공식이 단일 전하로부터 주어진 전하에 작용하는 힘을 결정한다는 것을 이해하는 것도 중요합니다. 시스템에 여러 개의(또는 많은) 대전체가 포함된 경우 주어진 전하에 작용하는 결과적인 힘은 나머지 전하 부분에 작용하는 힘의 결과(벡터 합)가 됩니다. 쿨롱 법칙 공식의 상수 k는 일반적으로 다른 상수로 표현됩니다. ε 0 , 소위 전기 상수와 관련이 있습니다. 케이비율 k = 1/(4πε 0). 이를 고려하여 쿨롱의 법칙은 다음과 같이 다시 작성할 수 있습니다.

오늘 가장 정확도가 높은 곳

또는 반올림

전자기 이론의 대부분의 다른 방정식을 작성하는 것은 다음을 사용하여 단순화됩니다. ε 0 , 왜냐하면 4π최종 결과는 종종 단축됩니다. 따라서 일반적으로 다음과 같이 가정하여 쿨롱의 법칙을 사용합니다.

쿨롱의 법칙은 정지해 있는 두 전하 사이에 작용하는 힘을 설명합니다. 돌격물이 이동하면 두 돌기 사이에 추가 힘이 생성되며 이에 대해서는 다음 장에서 논의하겠습니다. 여기서는 유휴 요금만 고려됩니다. 전기 연구의 이 섹션을 다음과 같이 부릅니다. 정전기.

계속됩니다. 다음 출판물에 대해 간략하게 설명합니다.

전기장은 전자기장의 두 가지 구성 요소 중 하나이며, 전하를 가진 물체나 입자 주위에 존재하거나 자기장이 변할 때 발생하는 벡터장입니다.

의견과 제안을 받아들이고 환영합니다!

쿨롱의 법칙을 실험적으로 검증하는 방법

1. 캐번디시 방법(1773):

Ø 전도성 구의 전하는 표면에만 분포됩니다.

Ø 윌리엄스, 볼러, 힐-1971

2. 러더퍼드 방법:

Ø 금 핵에 대한 알파 입자의 산란에 관한 러더퍼드의 실험(1906)

Ø 10 +9 eV 정도의 에너지를 갖는 전자의 탄성 산란에 대한 실험

3. 슈만 공명:

Ø 광자의 경우에는 ;

Ø 광자의 경우 쓸 수 있습니다.

v=7.83Hz에 대한 Ø는 다음과 같이 얻습니다.

정전기력의 중첩 원리

공식화:

전기적으로 충전된 물체가 여러 개의 전기적으로 충전된 물체와 동시에 상호작용하는 경우 이 물체에 작용하는 결과적인 힘은 다른 모든 충전된 물체에서 이 물체에 작용하는 힘의 벡터 합과 같습니다.

전기 쌍극자: 쌍극자의 물리적 모델과 쌍극자 모멘트; 쌍극자에 의해 생성된 전기장; 전기 쌍극자에 균일한 전기장과 불균일한 전기장에서 작용하는 힘.

전기 쌍극자는 두 개의 반대점 전하로 구성된 시스템으로, 모듈러스는 다음과 같습니다.

쌍극자 팔; O – 쌍극자 중심;

전기 쌍극자의 쌍극자 모멘트:

측정 단위 - = Kl*m

전기 쌍극자에 의해 생성된 전기장:
쌍극자 축을 따라:

전기 쌍극자에 작용하는 힘

균일한 전기장:

불균일한 전기장 :

단거리 개념, 전기장. 쿨롱의 법칙에 대한 현장 해석. 정전기장 강도, 힘선. 고정점 전하에 의해 생성된 전기장. 정전기장의 중첩 원리.

장거리 작용은 고전물리학의 개념으로, 물질적 중개자의 참여 없이 물리적 상호작용이 즉각적으로 전달됩니다.

근접성은 고전 물리학의 개념으로, 물리적 상호 작용이 특수 물질 매개체를 사용하여 진공 상태에서 빛의 속도를 초과하지 않는 속도로 전달되는 것입니다.

전기장은 특별한 유형의 물질로, 하전된 입자와 물체 주위에 존재하는 전자기장의 구성 요소 중 하나이며 시간이 지남에 따라 자기장이 변할 때 발생합니다.

정전기장은 정지된 하전 입자와 물체 주위에 존재하는 특별한 유형의 물질입니다.

단거리 작용의 개념에 따라, 고정된 전하 입자와 물체는 주변 공간에 정전기장을 생성하고, 이는 이 필드에 있는 다른 전하 입자와 물체에 힘을 가합니다.

따라서 정전기장은 정전기 상호작용의 물질 운반체입니다. 정전기장의 힘 특성은 국소 벡터 물리량, 즉 정전기장의 강도입니다. 정전기장 강도는 라틴 문자로 표시되며 SI 단위(볼트)를 미터로 나눈 값으로 측정됩니다.

정의: 여기에서

고정점 전하에 의해 생성된 필드의 경우:

정전기장선

정전기장의 그래픽(시각적) 표현의 경우,

Ø 자기장 선의 접선은 주어진 지점에서 정전기장 강도 벡터의 방향과 일치합니다.

Ø 자기장 밀도(법선 표면 단위당 수)는 정전기장 강도의 계수에 비례합니다.

정전기장 라인:

Ø 개방형(양전하로 시작하고 음전하로 끝남)

Ø 교차하지 마십시오.

Ø 꼬임이 없음

정전기장의 중첩 원리

공식화:

여러 개의 정지된 전하 입자 또는 물체에 의해 정전기장이 동시에 생성되는 경우, 이 필드의 강도는 이러한 각 입자 또는 물체가 서로 독립적으로 생성하는 정전기장의 강도의 벡터 합과 같습니다.

6. 벡터장의 흐름과 발산. 진공에 대한 가우스의 정전기 정리: 정리의 적분 및 미분 형태; 물리적 내용과 의미.

가우스의 정전기 정리

벡터 필드 흐름

정수압 비유:

정전기장의 경우:

표면을 통과하는 정전기장 강도 벡터의 흐름은 이 표면과 교차하는 자기장 선의 수에 비례합니다.

벡터장 발산

정의:

단위:

Ostrogradsky의 정리:

물리적 의미: 벡터 발산은 필드 소스의 존재를 나타냅니다.

공식화:

임의 모양의 닫힌 표면을 통과하는 정전기장 강도 벡터의 흐름은 이 표면 내부에 있는 물체나 입자의 전하의 대수적 합에 비례합니다.

정리의 물리적 내용:

* 쿨롱의 법칙은 직접적인 수학적 결과이기 때문입니다.

*단거리 정전기 상호작용의 개념에 기초한 쿨롱 법칙의 현장 해석;

*정전기장의 중첩 원리

정전기장을 계산하기 위한 가우스의 정전기 정리 적용: 일반 원리; 균일하게 충전된 무한히 길고 얇은 직선 스레드와 균일하게 충전된 무한한 평면의 필드 계산.

가우스의 정전기 정리 적용

고정점 전하(TC)의 상호 작용 법칙은 1785년 C. Coulomb에 의해 확립되었습니다(이전에는 이 법칙이 1773년 G. Cavendish에 의해 발견되었으며 거의 ​​100년 동안 알려지지 않았습니다). 전하 간의 상호작용은 전기장(EF)을 통해 수행됩니다. 모든 전하는 주변 공간의 특성을 변경하고 그 안에 감전을 일으킵니다. 이 장은 어느 지점에 놓인 전하에 힘을 가함으로써 그 자체로 나타납니다.

점(TZ)는 상호 작용하는 다른 전하 물체와의 거리에 비해 선형 치수가 무시할 수 있는 물체에 집중된 전하입니다. PC(점전하)는 역학의 MT(재료점)와 마찬가지로 전기 연구에서도 중요한 역할을 합니다. 중력 상수를 결정하기 위해 Cavendish가 사용한 것과 유사한 비틀림 천칭(그림 2.1)을 사용하여 Coulomb은 전하의 크기와 두 공 사이의 거리에 따라 두 개의 대전된 공 사이의 상호 작용력을 변경했습니다. 이 경우 쿨롱은 충전된 금속 공이 충전되지 않은 동일한 공에 닿으면 두 공 사이에 전하가 균등하게 분배된다는 사실에서 출발했습니다.

쿨롱의 법칙: 정지해 있는 두 TZ 사이의 상호 작용력은 각 전하의 크기에 비례하고, 두 전하 사이의 거리의 제곱에 반비례합니다.

힘의 방향은 전하를 잇는 직선과 일치한다. .

힘은 어디에 있는가 , 전하 q 2에서 전하 q 1에 작용;

전하 q 1 에서 전하 q 2 에 작용하는 힘;

k-비례계수;

q 1 ,q 2 - 상호 작용 요금의 값;

r은 이들 사이의 거리이고, q1에서 q2로 향하는 벡터입니다.

공식 (2.2)는 진공에서 TZ의 상호 작용에 대한 쿨롱의 법칙을 스칼라 형식으로 표현한 것입니다. 비례 계수의 수치는 다음과 같습니다.

k = 1/(4pe 0) = 9·10 9m/F; [ k ] = 1 N m 2 / Kl 2 = 1 m/F,

e 0 = 8.85·10 -12 F/m - 전기 상수.

SI 단위계에서 쿨롱의 법칙은 다음과 같이 작성됩니다.

공식 (2.3)은 진공 상태에서 TZ의 상호 작용력을 기록하는 벡터 형식입니다. 여기서 는 축의 ort입니다.

경험에 따르면 주어진 2개의 전하(점)의 상호 작용력은 다른 N 전하가 근처에 배치되어도 변하지 않으며 모든 N 전하 q i가 특정 전하 q a에 작용하는 힘은 다음과 같습니다.

어디 - 다른 (N-1) 전하가 없을 때 전하 q i가 전하 q a에 작용하는 힘.

관계(2.4)가 호출됩니다. 전기장의 중첩(부과) 원리.

공식 (2.4)을 사용하면 점 전하 간의 상호 작용 법칙을 알면 유한 크기의 물체에 집중된 전하 간의 상호 작용 힘을 계산할 수 있습니다.

이렇게 하려면 확장된 몸체의 각 전하를 이렇게 작은 전하로 분해해야 합니다. dq, 점 모양으로 간주될 수 있도록 전하 간 공식 (2.1)을 사용하여 상호 작용 힘을 계산합니다. dq, 쌍으로 취한 다음 이러한 힘의 벡터 추가를 수행합니다. 즉 적용하다 차별화 및 통합 방법(DI). 방법의 두 번째 부분에서 가장 어려운 부분은 통합 변수를 선택하고 통합 한계를 결정하는 것입니다. 적분의 한계를 결정하려면 원하는 값의 차이가 어떤 변수에 의존하는지, 어떤 변수가 가장 중요한 주요 변수인지 자세히 분석해야 합니다. 이 변수는 통합 변수로 가장 자주 선택됩니다. 이후 다른 모든 변수는 이 변수의 함수로 표현됩니다. 결과적으로 원하는 값의 미분은 적분 변수의 함수 형태를 취합니다. 그런 다음 적분 한계는 적분 변수의 극한(한계) 값으로 결정됩니다. 정적분을 계산한 후 원하는 수량의 수치를 얻습니다.

DI 방법에서는 매우 중요합니다. 적용 조항물리적 법칙. 물리법칙의 내용은 절대적이지 않으며, 적용조건에 따라 그 사용이 제한됩니다. 종종 물리적 법칙은 DI 방법을 사용하여 적용 가능성의 한계를 넘어 확장(형태 변경)될 수 있습니다.

이 방법(DI)은 두 가지 원칙을 기반으로 합니다. :

1) 법을 차등 형태로 표현할 가능성의 원칙;

2) 중첩의 원칙(법에 포함된 양이 더해지는 경우).