Prawo Coulomba
Z Wikipedii
Prawo Coulomba głosi, że siła wzajemnego oddziaływania dwóch punktowych ładunków elektrycznych jest wprost proporcjonalna do iloczynu tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między ich środkami. Jest to podstawowe prawo elektrostatyki. Zostało ono opublikowane w 1785 roku przez francuskiego fizyka Charles'a Coulomba. Prawo to można przedstawić za pomocą wzoru:
-
- ,
w którym:
- F - siła wzajemnego oddziaływania dwóch punktowych ładunków elektrycznych,
- q1 , q2 - punktowe ładunki elektryczne,
- r - odległość między ładunkami,
- k - współczynnik proporcjonalności:
gdzie:
Kierunek działania siły oddziaływania ładunków wyznaczony jest przez prostą łączącą oba te ładunki, natomiast o zwrocie decydują znaki ładunków. Jeżeli są one jednoimienne, oddziaływanie jest odpychaniem. W przypadku ładunków różnoimiennych ładunki przyciągają się. Siłę oddziaływania ładunku B na ładunek A można przedstawić wzorem wektorowym:
gdzie poszczególne wielkości pokazane są na rysunku.
Jednostka ładunku elektrycznego - kulomb, została nazwana również od nazwiska Charles'a Coulomba), jest ona równa połączonym ładunkom 6,24 x 1018 protonów (lub elektronów).
[edytuj] Prawo Coulomba dla układu ładunków
Prawo Coulomba umożliwia obliczenie siły oddziaływania nie tylko dla ładunków punktowych, ale również dla dowolnego rozkładu ładunków elektrycznych. W szczególności dla układu skończonej ilości ładunków, siła wypadkowa działająca na pewien ładunek będzie wektorową sumą sił oddziaływania z poszczególnymi ładunkami. Siłę tych jednostkowych oddziaływań można obliczać niezależnie od siebie (zasada superpozycji oddziaływań).
Oddziaływanie ciał o ciągłym rozkładzie ładunków wymaga wycałkowania po oddziaływaniach cząstkowych
W szczególnych przypadkach, dla symetrycznego rozkładu ładunku, wzór na siłę oddziaływania naładowanych elektrycznie ciał staje się prostszy. W szczególności, dla symetrii sferycznej (np. kula, sfera, centralnie wydrążona kula, kula o gęstości ładunku zmieniającym się radialnie) wzór ten jest taki sam jak dla dwóch ładunków punktowych.
[edytuj] Prawo Coulomba w magnetostatyce
Gdyby istniały pojedyncze ładunki magnetyczne, podobne prawo można by sformułować również dla oddziaływań magnetostatycznych dla biegunów (monopoli) magnetycznych. Miałoby ono brzmienie: siła wzajemnego oddziaływania dwóch biegunów magnetycznych jest wprost proporcjonalna do iloczynu ich ilości magnetyzmu i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Prawo to można przedstawić za pomocą wzoru
-
- , w którym:
- F - siła wzajemnego oddziaływania dwóch biegunów magnetycznych,
- m1 , m2 - ilości magnetyzmu , inaczej masy (albo ładunki) magnetyczne [ Wb = V·s ]
- r - oddalenie między ładunkami,
- k - współczynnik proporcjonalności:
przy czym:
gdzie:
- μ - przenikalność magnetyczna ośrodka,
- μr - przenikalność magnetyczna względna ośrodka ,
- - przenikalność magnetyczna próżni.
Drugie prawo nie jest zupełnie analogiczne do pierwszego, gdyż nie są znane samodzielne bieguny magnetyczne tzw. monopole magnetyczne - każdy magnes ma zawsze 2 bieguny, jest dipolem. Wzór na siłę oddziaływania dipoli magnetycznych, podobnie jak wzór na siłę oddziaływania dipoli elektrycznych można wyprowadzić z prawa Coulomba.