Politechnika Wrocławska

Startowa | Charles Augustin de Coulomb | Prawo Coulomba | Powieki, rola powiek | Linki

Prawo Coulomba

Oddziaływanie elektrostatyczne

Oddziaływanie elektrostatyczne odkryte zostało już w starożytności. Stwierdzono wtedy, że bursztyn, potarty wełną, przyciąga skrawki wełnianych nitek. Dalsze obserwacje pozwoliły stwierdzić, że istnieją dwa rodzaje ładunków elektrycznych, tradycyjnie nazywane dodatnimi i ujemnymi. Ciała, które są naładowane takimi samymi ładunkami odpychają się, ciała, które są naładowane ładunkami przeciwnymi przyciągają się.

Dzisiaj wiemy, że ładunek jest podstawową właściwością niektórych cząstek elementarnych. Materia tworząca otaczający nas świat składa się z dodatnich protonów, ujemnych elektronów i neutralnych neutronów. Wartości ładunku elektronu i protonu są jednakowe. Ciało naładowane dodatnio ma więcej protonów niż elektronów. Ciało naładowane ujemnie ma więcej elektronów niż protonów.

 

Sformułowanie prawa Coulomba

Coulomb badając oddziaływanie ciał naelektryzowanych w 1785 roku stwierdził , że dla dwóch ładunków elektrycznych o zaniedbywalnych rozmiarach geometryczny:

Wyrażenie na wartość siły - bez uwzględnienia kierunku - w obecnie używanym układzie SI zapisujemy wzorem:

$\displaystyle F=\frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{Q_1 Q_2}{r^2} ,$

 



Wektorowe wyrażenie na siłę - z uwzględnieniem kierunku i zwrotu - ma postać:

$\displaystyle \vec F=\frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{Q_1 Q_2}{r^2} \frac{\vec r}{r},$

 



gdzie wektor jednostkowy (wersor) $ \frac{\vec r}{r}$określa kierunek siły. Stałą $ \epsilon_0$nazywamy przenikalnością dielektryczną próżni. Jest ona równa w przybliżeniu:

$\displaystyle \epsilon_0 = 8{,}854 \cdot 10^{-12} \frac{C^2}{m^2 N} = 8{,}854 \cdot 10^{-12} \frac{s^4 A^2}{m^3 kg}.$

 



Image ./rysunek_2_1.jpg

 

Ilustracja prawa Coulomba.

 

.

Warto od razu zauważyć, że współczynnik proporcjonalności we wzorze Coulomba ma wartość:

$\displaystyle k = \frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \approx \frac{1}{4 \cdot 3{,}1416 ... ...{,}854 \cdot 10^{-12} \frac{C^2}{m^2 N}} \approx9 \cdot 10^9 \frac{m^2 N}{C^2}.$

 

 

Jednostka ładunku

Obecnie używaną jednostką ładunku elektrycznego jest jeden kulomb $ 1C$. Definiujemy go jako iloczyn jednego ampera $ 1A$przez jedna sekundę $ 1s$:

$\displaystyle 1C = 1A \cdot 1s.$



Kulomb jest bardzo dużą jednostką

Uzmysłówmy sobie, jaka siła działałaby pomiędzy dwoma ładunkami o wartości $ 1C$, umieszczonymi w odległości 1 metra. Zauważamy, że  byłaby to siła o wartości około $ 10^{10}N$. Taką siłą Ziemia przyciąga w przybliżeniu masę $ 10^9kg=10^6ton$. Masę taką ma sześcian wodny o boku $ 100m$. Jest to siła - w ludzkiej skali - bardzo duża.