Prawo Coulomba – wzór, przykłady, wyjaśnienie

Prawo Coulomba:

Prawo Coulomba – definicja

Siła wzajemnego oddziaływania dwóch naładowanych cząstek jest wprost proporcjonalna do iloczynu wartości tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi.

Kierunek działania siły oddziaływania ładunków wyznacza prosta przechodząca przez oba te ładunki. Ładunki jednoimienne odpychają się, ładunki różnoimienne przyciągają się.

Prawo Coulomba zostało opublikowane w 1785 roku przez francuskiego fizyka Charlesa Coulomba.

Prawo Coulomba – wzór

Prawo Coulomba możemy zapisać wzorem:

F = k\frac{q1 \cdot q2}{r^2}

F – siła elektrostatyczna
q1, q2 – ładunki elektryczne
r – odległość
k – stała elektrostatyczna

Prawo Coulomba

Prawo Coulomba – wyjaśnienie

  • Siła elektrostatyczna zależy od iloczynu ładunków. Na przykład: jeżeli ładunek każdej z cząstek wzrośnie 2 razy to siła elektrostatyczna wzrośnie 4 razy (2×2)
  • Siła elektrostatyczna zmniejsza się z kwadratem odległości pomiędzy cząstkami. Na przykład: jeżeli odległość pomiędzy cząstkami wzrośnie 10 razy to siła elektrostatyczna zmaleje 100 razy (10^2)
  • Oddziaływanie ładunków zależy od ośrodka, w jakim znajdują się ładunki. W próżni oddziaływanie to będzie silniejsze niż powietrzu, szkle czy wodzie.

Kulomb – jednostka ładunku

Jednostką ładunku jest 1 kulomb (1C). Nazwa pochodzi od nazwiska Charlesa Coulomba, który sformuował Prawo Coulomba.

1 kulomb (1 C) to ładunek elektryczny przenoszony w czasie 1 sekundy (1 s) przez prąd o natężeniu wynoszącym 1 amper (1 A)

1 C = 1 A \cdot 1 s

Stała elektrostatyczna k

Oddziaływanie ładunków zależy od ośrodka, w jakim znajdują się ładunki. We wzorze na siłę elektrostatyczną tę zależność pomaga zilustrować stała elektrostatyczna k (zwana także współczynnikiem proporcjonalności lub niekiedy stałą kulomba).

Dla próżni stała elektrostatyczna k wynosi w przybliżeniu:

k = 8,9875 \cdot 10^9 Nm^2 C^{-2}

Stała elektrostatyczna wyraża się wzorem:

k = \frac{1}{4 \pi \epsilon} = \frac{1}{4 \pi \epsilon_r \epsilon_0}

\epsilon – przenikalność elektryczna ośrodka
\epsilon_r – względna przenikalność elektryczna ośrodka
\epsilon_0 – przenikalność elektryczna próżni

Współczynnik przenikalności elektrycznej próżni wynosi:

\epsilon_0 = 8,854 \cdot 10^{-12} C^2 /Nm^2

Względne przenikalności elektryczne dla różnych ośrodków:

  • próżnia: \epsilon_r = 1
  • powietrze: \epsilon_r = 1,0006
  • parafina: \epsilon_r = 2
  • szkło: \epsilon_r = 10
  • woda: \epsilon_r = 81

Prawo Coulomba – przykład

Prawo Coulomba ma też zastosowanie do kul: dwie naelektryzowane kule przyciągają się wzajemnie siłą wprost proporcjonalną do iloczynu ładunków, a odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości między środkami tych kul.

A może szukasz innych wzorów i definicji? Zajrzyj do działów – Elektrostatyka oraz Prąd elektryczny!