Prawo Coulomba jest jednym z podstawowych praw w elektrostatyce. Opisuje, jak działają siły między naładowanymi obiektami. Wprowadzone przez Charlesa-Augustina de Coulomba w XVIII wieku, prawo to jest kluczowe dla zrozumienia wielu zjawisk elektrostatycznych. W tym artykule wyjaśnimy, czym jest prawo Coulomba, jak je stosować oraz przedstawimy praktyczne przykłady, które pomogą w pełnym zrozumieniu tego ważnego prawa.

Definicja prawa Coulomba

Prawo Coulomba opisuje siłę działającą między dwoma naładowanymi punktami. Można je wyrazić wzorem:

Gdzie:

• 𝐹 to siła elektrostatyczna między ładunkami (mierzona w niutonach, N),
• 𝑘𝑒​ to stała Coulomba (około 8.99×10⁹ N⋅m²⋅C⁻²),
• 𝑞_1​ i 𝑞_2​ to wartości ładunków (mierzone w kulombach, C),
• 𝑟 to odległość między ładunkami (mierzone w metrach, m).

Jak działa Prawo Coulomba?

Prawo Coulomba mówi, że siła między dwoma ładunkami jest:

• Wprost proporcjonalna do iloczynu wartości tych ładunków.
• Odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi.

Oznacza to, że im większe ładunki, tym większa siła. Z kolei im większa odległość między ładunkami, tym siła jest mniejsza.

Siły przyciągające i odpychające

• Siła przyciągająca: Jeśli ładunki mają przeciwne znaki (jeden dodatni, drugi ujemny), siła między nimi jest przyciągająca.
• Siła odpychająca: Jeśli ładunki mają takie same znaki (oba dodatnie lub oba ujemne), siła między nimi jest odpychająca.

Sprawdź nasze kursy indywidualne, przygotujemy Cię do matury!

Stała Coulomba

Stała Coulomba (𝑘_𝑒​) to liczba, która łączy jednostki ładunku, odległości i siły w równaniu Coulomba. Ma wartość około 8.99×10⁹ N⋅m²⋅C⁻².

Przykłady Zastosowania Prawa Coulomba

Przykład 1: Obliczanie siły elektrostatycznej

Oblicz siłę elektrostatyczną między dwoma ładunkami 𝑞₁=2 i 𝑞₂=−3 C, które znajdują się w odległości 0.5 m od siebie.

Rozwiązanie:

Siła elektrostatyczna wynosi 2.16×10¹¹ N i jest przyciągająca, ponieważ ładunki mają przeciwne znaki.

Przykład 2: Siła odpychająca

Oblicz siłę elektrostatyczną między dwoma dodatnimi ładunkami 𝑞₁=1 C i 𝑞₂=4 C, które znajdują się w odległości 1 m od siebie.

Rozwiązanie:

Siła elektrostatyczna wynosi 3.60×10¹⁰ N i jest odpychająca, ponieważ oba ładunki są dodatnie.

Zastosowanie Prawa Coulomba

Prawo Coulomba ma szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach nauki i technologii. Przykłady obejmują:

Elektronika

Prawo Coulomba jest podstawą dla działania wielu komponentów elektronicznych, takich jak kondensatory i tranzystory, gdzie interakcje między ładunkami są kluczowe dla ich funkcjonowania.

Chemia

W chemii, prawo Coulomba jest używane do wyjaśnienia sił wiążących w cząsteczkach i kryształach jonowych, gdzie siły elektrostatyczne odgrywają kluczową rolę.

Inżynieria

Inżynierowie używają prawa Coulomba do projektowania systemów elektrostatycznych, takich jak filtry elektrostatyczne, które usuwają cząstki z gazów, czy drukarki laserowe, które wykorzystują ładunki elektrostatyczne do tworzenia obrazów.

Prawo Coulomba jest fundamentalnym narzędziem do analizy sił elektrostatycznych między ładunkami. Zrozumienie i stosowanie tego prawa jest kluczowe dla każdego, kto chce zgłębić tajniki elektrostatyki i zastosowań elektryczności w nauce i technologii. Dzięki praktycznym przykładom można nauczyć się, jak efektywnie stosować prawo Coulomba w różnych sytuacjach.

CZYTAJ TAKŻE: Grawitacja w fizyce: podstawowe wzory i definicje