Issuu on Google+

Φυσική Β’ Λυκείου Νόμος Coulomb Ο Charles Augustine Coulomb (1736 - 1806) το 1784 διαπίστωσε πειραματικά ότι η ηλεκτρική δύναμη που αναπτύσσεται μεταξύ δύο πολύ μικρών φορτισμένων σφαιρών: α. είναι ανάλογη του αντιστρόφου τετράγωνου της απόστασης των κέντρων τους F = a×

1 r2

(όπου α συντελεστής αναλογίας) β. είναι ανάλογη του φορτίου της κάθε σφαίρας και επομένως του γινομένου των φορτίων τους. F = a '× (q1 × q2 ) (όπου α’ συντελεστής αναλογίας) Και στο συμπέρασμα, που τελικά κατέληξε ήταν ότι: Το μέτρο της δύναμης αλληλεπίδρασης, που αναπτύσσεται μεταξύ δύο σημειακών φορτίων, είναι ανάλογο του γινομένου των φορτίων και αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της απόστασης τους. Η παραπάνω διατύπωση αποτελεί το νόμο του Coulomb και η μαθηματική του έκφραση δίνεται από τον τύπο: F =k×

q1 × q2 r2

όπου k είναι η σταθερά αναλογίας και εξαρτάται από το μέσο στο οποίο βρίσκονται τα φορτία. Στο διεθνές σύστημα μονάδων (S.I.) η δύναμη μετριέται σε Newton (Ν), η απόσταση r σε μέτρα (m) και το φορτίο σε Coulomb (C). Μονάδα φορτίου και υποπολλαπλάσια αυτής: Μονάδα φορτίου είναι το lC. Στα προβλήματα ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης φορτία της τάξης του 1 C θεωρούνται πολύ μεγάλα. Αρκεί να σκεφτείται ότι δύο μικρές φορτισμένες σφαίρες, με φορτία 1 C η κάθε μία, όταν βρίσκονται σε απόσταση 1 m αλληλεπιδρούν με δύναμη περίπου ενός εκατομμυρίου τόνων. Οι μονάδες φορτίου που χρησιμοποιούμε συνήθως είναι: Το lmC = 1O-3C (1 μίλι - Coulοmob) Το 1μC = 1O-6C (1 μίκρο - Coulοmb) Το lnC = 1O-9C (1 νάνο - Coulomb) Το lpC = 1O-12C (1 πίκο - Coulomb)

Γενικής Παιδείας

1


Φυσική Β’ Λυκείου

Παρατηρήσεις στο νόμο του Coulomb  Οι δυνάμεις, που αναπτύσσονται μεταξύ των δύο φορτίων είναι συνευθειακές, δηλαδή βρίσκονται στην ευθεία που διέρχεται από τα φορτία (αν αυτά είναι σημειακά) ή από τα κέντρα τους αν είναι φορτισμένες σφαίρες.  Οι δυνάμεις αυτές έχουν πάντα ίσα μέτρα και είναι αντίρροπες (δηλαδή είναι αντίθετες) ανεξάρτητα αν τα φορτία ql και q2 είναι ίσα ή όχι. Ισχύει δηλαδή: F1 = F2 = F = k ×

q1 × q2 r2

 Μπορούμε να πούμε ότι υπακούουν στον 3ο νόμο του Νεύτωνα "δράσης αντίδρασης".  Είναι δυνάμεις, ελκτικές όταν αναπτύσσονται μεταξύ ετερόσημων φορτίων και απωστικές όταν αναπτύσσονται μεταξύ ομόσημων φορτίων.  Ο νόμος του Coulomb ισχύει μόνο αν τα φορτισμένα σώματα έχουν αμελητέες διαστάσεις συγκρινόμενες με την μεταξύ τους απόσταση. Δηλαδή δύο φορτισμένες σφαίρες μεγάλων διαστάσεων όταν βρίσκονται πολύ κοντά η μια στην άλλη, αλληλεπιδρούν μεν αλλά η δύναμη αλληλεπίδρασης δεν υπολογίζεται από το νόμο του Coulomb.  Η τιμή της σταθεράς k εξαρτάται από το (μονωτικό ή διηλεκτρικό) υλικό μέσο που παρεμβάλλεται μεταξύ των σφαιρών. Αν το υλικό μέσο είναι ξηρός αέρας (χωρίς υγρασία) σε πίεση latm ή αν επικρατεί κενό, τότε η k παίρνει την τιμή 9 ×109 Nm2 / C 2 και είναι η μεγαλύτερη τιμή που μπορεί να πάρει.  Η δύναμη αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο "σημειακών" φορτίων παίρνει μέγιστη τιμή, για σταθερή απόσταση των φορτίων, όταν μεταξύ των φορτίων επικρατεί κενό ή παρεμβάλλεται ξηρό αέρας.  O νόμος Coulomb περιγράφει μόνο την αλληλεπίδραση δύο «σημειακών» φορτίων.

Γενικής Παιδείας

2


Coulomb_law