Концепция за електричество. Електрификация. Проводници, полупроводници и диелектрици. Елементарен заряд и неговите свойства. Закон на Кулон. Сила на електрическото поле. Принцип на суперпозиция. Електрическото поле като проява на взаимодействие. Електрическо поле на елементарен дипол.

Терминът електричество идва от гръцката дума електрон (кехлибар).

Електрификацията е процес на предаване на електрическа енергия към тялото.

зареждане. Този термин е въведен през 16 век от английския учен и лекар Гилбърт.

ЕЛЕКТРИЧЕСКИЯТ ЗАРЯД Е ФИЗИЧНА СКАЛАРНА ВЕЛИЧИНА, КОЯТО ХАРАКТЕРИЗИРА СВОЙСТВАТА НА ТЕЛАТА ИЛИ ЧАСТИЦИТЕ ДА ВЛИЗАТ И ЕЛЕКТРОМАГНИТНИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ОПРЕДЕЛЯ СИЛАТА И ЕНЕРГИЯТА НА ТЕЗИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ.

Свойства на електрическите заряди:

1. В природата има два вида електрически заряди. Положителен (среща се върху стъкло, натрито в кожа) и отрицателен (среща се на ебонит, натрит в кожа).

2. Еднаквите заряди отблъскват, за разлика от зарядите привличат.

3. Електрически заряд НЕ СЪЩЕСТВУВА БЕЗ ЧАСТИЦИТЕ НОСИТЕЛИ НА ЗАРЯД (електрон, протон, позитрон и др.) Например електрически заряд не може да бъде премахнат от електрон и други елементарни заредени частици.

4. Електрическият заряд е дискретен, т.е. зарядът на всяко тяло е цяло число, кратно на елементарен електрически заряд д(e = 1,6 10 -19°С). Електрон (т.е.= 9,11 10 -31 кг) и протон (t p = 1,67 10 -27 кг) са съответно носители на елементарни отрицателни и положителни заряди.(Известни са частици с дробен електрически заряд: – 1/3 д и 2/3 д – Това кварки и антикварки , но не са намерени в свободно състояние).

5. Електричен заряд - големина релативистично инвариантен , тези. не зависи от референтната система, което означава, че не зависи от това дали този заряд се движи или е в покой.

6. От обобщение на експериментални данни се установява основен закон на природата - закон за запазване на заряда: алгебрична сума-

MA на електрически заряди на всяка затворена система(система, която не обменя заряди с външни тела) остава непроменена, независимо какви процеси протичат в тази система.

Законът е експериментално потвърден през 1843 г. от английски физик

М. Фарадей ( 1791-1867) и други, потвърдени от раждането и унищожаването на частици и античастици.

Единица за електрически заряд (производна единица, тъй като се определя чрез единицата за ток) - висулка (C): 1 C - електрически заряд,

преминаващ през напречното сечение на проводник при сила на тока 1 A за време 1 s.

Всички тела в природата са способни да се наелектризират, т.е. придобиват електрически заряд. Електрификацията на телата може да се извърши по различни начини: контакт (триене), електростатична индукция

и т.н. Всеки процес на зареждане се свежда до разделяне на зарядите, при което върху едно от телата (или част от тялото) се появява излишък от положителен заряд, а върху другото (или друга част от тялото) се появява излишък от отрицателен заряд. тяло). Общият брой на зарядите на двата знака, съдържащи се в телата, не се променя: тези заряди само се преразпределят между телата.

Наелектризирането на телата е възможно, защото телата се състоят от заредени частици. В процеса на електрификация на телата електроните и йоните, които са в свободно състояние, могат да се движат. Протоните остават в ядрата.

В зависимост от концентрацията на свободните заряди телата се делят на проводници, диелектрици и полупроводници.

Проводници- тела, в които електрическият заряд може да се смеси в целия му обем. Проводниците са разделени на две групи:

1) проводници от първи вид (метали) - прехвърляне на

техните заряди (свободни електрони) не са придружени от хим

трансформации;

2) проводници от втори вид (например разтопени соли, ра-

разтвори на киселини) - прехвърляне на заряди (положителни и отрицателни) в тях

йони) води до химични промени.

Диелектрици(например стъкло, пластмаса) - тела, в които практически няма безплатни заряди.

полупроводници (например германий, силиций) заемат

междинно положение между проводници и диелектрици. Това разделение на телата е много условно, но голямата разлика в концентрациите на свободни заряди в тях причинява огромни качествени различия в тяхното поведение и следователно оправдава разделянето на телата на проводници, диелектрици и полупроводници.

ЕЛЕКТРОСТАТИКА- наука за стационарните заряди

Закон на Кулон.

Закон за взаимодействие фиксирана точка електрически заряди

Експериментално инсталиран през 1785 г. от Ш. Кулон с помощта на торсионни везни.

подобни на тези, използвани от Г. Кавендиш за определяне на гравитационната константа (преди това този закон е открит от Г. Кавендиш, но работата му остава неизвестна повече от 100 години).

Точков заряд,наречено заредено тяло или частица, чиито размери могат да бъдат пренебрегнати в сравнение с разстоянието до тях.

Закон на Кулон: силата на взаимодействие между два неподвижни точкови заряда, разположени във вакуумпропорционални на таксите р 1И q2,и е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието r между тях :

к - коефициент на пропорционалност в зависимост от избора на системата

В SI

величина ε 0 Наречен електрическа константа; се отнася до

номер фундаментални физични константи и е равно на:

ε 0 = 8,85 ∙10 -12 Cl 2 /N∙m 2

Във векторна форма законът на Кулон във вакуум има формата:

където е радиус векторът, свързващ втория заряд с първия, F 12 е силата, действаща от втория заряд върху първия.

Точност на закона на Кулон на големи разстояния до

10 7 m, установени по време на изследването на магнитното поле с помощта на сателити

в околоземното пространство. Точността на изпълнението му на къси разстояния до 10 -17 m, проверено чрез експерименти върху взаимодействието на елементарни частици.

Законът на Кулон в околната среда

Във всички среди силата на кулоновото взаимодействие е по-малка от силата на взаимодействие във вакуум или въздух. Физическа величина, която показва колко пъти силата на електростатичното взаимодействие във вакуум е по-голяма от тази в дадена среда, се нарича диелектрична проницаемост на средата и се обозначава с буквата ε.

ε = F във вакуум / F в среда

Законът на Кулон в общ вид в SI:

Свойства на силите на Кулон.

1. Кулоновите сили са сили от централен тип, т.к насочена по правата, свързваща зарядите

Силата на Кулон е сила на привличане, ако знаците на зарядите са различни, и сила на отблъскване, ако знаците на зарядите са еднакви

3. Третият закон на Нютон е валиден за силите на Кулон

4. Кулоновите сили се подчиняват на принципа на независимост или суперпозиция, т.к силата на взаимодействие между два точкови заряда няма да се промени, когато други заряди се появят наблизо. Резултантната сила на електростатично взаимодействие, действаща върху даден заряд, е равна на векторната сума на силите на взаимодействие на даден заряд с всеки заряд на системата поотделно.

F= F 12 +F 13 +F 14 + ∙∙∙ +F 1 N

Взаимодействието между зарядите се осъществява чрез електрическо поле. Електрическото поле е специална форма на съществуване на материята, чрез която се осъществява взаимодействието на електрически заряди. Електрическото поле се проявява в това, че действа със сила върху всеки друг заряд, въведен в това поле. Електростатичното поле се създава от неподвижни електрически заряди и се разпространява в пространството с крайна скорост c.

Силовата характеристика на електрическото поле се нарича напрежение.

Напреженияелектрически в определена точка е физическо количество, равно на отношението на силата, с която полето действа върху положителен пробен заряд, поставен в дадена точка, към модула на този заряд.

Сила на полето на точков заряд q:

Принцип на суперпозиция:напрегнатостта на електрическото поле, създадено от система от заряди в дадена точка на пространството, е равна на векторната сума на напрегнатостта на електрическото поле, създадено в тази точка от всеки заряд поотделно (при липса на други заряди).

Зарядите и електричеството са термини, необходими за случаите, когато се наблюдава взаимодействие на заредени тела. Силите на отблъскване и привличане изглежда се излъчват от заредени тела и се разпространяват едновременно във всички посоки, като постепенно избледняват с разстоянието. Тази сила някога е открита от известния френски натуралист Чарлз Кулон и правилото, на което се подчиняват заредените тела, оттогава се нарича закон на Кулон.

Висулка Чарлз

Френският учен е роден във Франция, където получава отлично образование. Той активно прилага придобитите знания в инженерните науки и има значителен принос в теорията на механизмите. Кулон е автор на трудове, които изучават работата на вятърни мелници, статистиката на различни структури и усукването на нишките под въздействието на външни сили. Една от тези работи помогна за откриването на закона на Кулон-Амонтон, който обяснява процесите на триене.

Но Чарлз Кулон направи основния си принос в изследването на статичното електричество. Експериментите, които този френски учен проведе, го накараха да разбере един от най-фундаменталните закони на физиката. Именно на него дължим знанията за природата на взаимодействието на заредените тела.

Заден план

Силите на привличане и отблъскване, с които електрическите заряди действат един върху друг, са насочени по правата линия, свързваща заредените тела. С увеличаване на разстоянието тази сила отслабва. Век след като Исак Нютон открива своя универсален закон за гравитацията, френският учен Шарл Кулон експериментално изследва принципа на взаимодействие между заредени тела и доказва, че природата на такава сила е подобна на силите на гравитацията. Освен това, както се оказа, взаимодействащите тела в електрическо поле се държат по същия начин като всички тела с маса в гравитационно поле.

Устройство на Кулон

Диаграмата на устройството, с което Чарлз Кулон прави своите измервания, е показана на фигурата:

Както можете да видите, този дизайн по същество не се различава от устройството, което Кавендиш използва по негово време за измерване на стойността на гравитационната константа. Изолационен прът, окачен на тънка нишка, завършва с метална топка, на която се придава определен електрически заряд. Друга метална топка се доближава до топката и след това, когато се приближи, силата на взаимодействие се измерва чрез степента на усукване на нишката.

Опит на Кулон

Кулон предполага, че законът на Хук, вече известен по това време, може да се приложи към силата, с която нишката се усуква. Ученият сравнява промяната в силата на различни разстояния на една топка от друга и открива, че силата на взаимодействие променя стойността си обратно пропорционално на квадрата на разстоянието между топките. Висулката можеше да променя стойностите на заредената топка от q на q/2, q/4, q/8 и т.н. С всяка промяна на заряда силата на взаимодействие променя стойността си пропорционално. Така постепенно се формулира правило, което по-късно беше наречено „закон на Кулон“.

Определение

Експериментално френският учен доказва, че силите, с които си взаимодействат две заредени тела, са пропорционални на произведението на техните заряди и обратно пропорционални на квадрата на разстоянието между зарядите. Това твърдение е законът на Кулон. В математическа форма може да се изрази по следния начин:

В този израз:

• q - размер на таксата;
• d е разстоянието между заредените тела;
• k е електрическата константа.

Стойността на електрическата константа до голяма степен зависи от избора на мерна единица. В съвременната система големината на електрическия заряд се измерва в кулони, а електрическата константа, съответно, в нютон × m 2 / кулон 2.

Последните измервания показват, че този коефициент трябва да отчита диелектричната константа на средата, в която се провежда експериментът. Сега стойността е показана под формата на съотношението k=k 1 /e, където k 1 е вече познатата ни електрическа константа и не е показател за диелектрична константа. При условия на вакуум тази стойност е равна на единица.

Изводи от закона на Кулон

Ученият експериментира с различни количества заряди, тествайки взаимодействието между тела с различно количество заряд. Разбира се, той не можеше да измери електрическия заряд в никакви единици - липсваха му както знания, така и подходящи инструменти. Чарлз Кулон успя да раздели снаряд, като докосна заредена топка с незаредена. Ето как той получи дробни стойности на първоначалния заряд. Редица експерименти показват, че електрическият заряд се запазва и се извършва обмен без увеличаване или намаляване на количеството на заряда. Този фундаментален принцип формира основата на закона за запазване на електрическия заряд. Вече е доказано, че този закон се спазва както в микросвета на елементарните частици, така и в макросвета на звездите и галактиките.

Необходими условия за изпълнение на закона на Кулон

За да се прилага законът с по-голяма точност, трябва да са изпълнени следните условия:

• Зарядите трябва да са точкови. С други думи, разстоянието между наблюдаваните заредени тела трябва да бъде много по-голямо от техните размери. Ако заредените тела имат сферична форма, тогава можем да приемем, че целият заряд се намира в точка, която е центърът на сферата.
• Измерваните тела трябва да са неподвижни. В противен случай движещият се заряд ще бъде повлиян от множество външни фактори, например силата на Лоренц, която придава на зареденото тяло допълнително ускорение. А също и магнитното поле на движещо се заредено тяло.
• Наблюдаваните тела трябва да са във вакуум, за да се избегне влиянието на въздушните масови потоци върху резултатите от наблюдението.

Закон на Кулон и квантова електродинамика

От гледна точка на квантовата електродинамика взаимодействието на заредените тела се осъществява чрез обмен на виртуални фотони. Съществуването на такива ненаблюдаеми частици и нулева маса, но не и нулев заряд, се потвърждава косвено от принципа на неопределеността. Според този принцип виртуален фотон може да съществува между моментите на излъчване на такава частица и нейното поглъщане. Колкото по-малко е разстоянието между телата, толкова по-малко време е необходимо на фотона да измине пътя, следователно толкова по-голяма е енергията на излъчените фотони. При малко разстояние между наблюдаваните заряди принципът на неопределеността позволява обмен както на късовълнови, така и на дълговълнови частици, а на големи разстояния късовълновите фотони не участват в обмена.

Има ли ограничения за прилагането на закона на Кулон?

Законът на Кулон напълно обяснява поведението на два точкови заряда във вакуум. Но когато става въпрос за реални тела, трябва да се вземат предвид обемните размери на заредените тела и характеристиките на средата, в която се извършва наблюдението. Например, някои изследователи са забелязали, че тяло, носещо малък заряд и принудено да влезе в електрическото поле на друг обект с голям заряд, започва да бъде привлечено от този заряд. В този случай твърдението, че еднакво заредените тела се отблъскват е невалидно и трябва да се търси друго обяснение на наблюдаваното явление. Най-вероятно не говорим за нарушение на закона на Кулон или принципа за запазване на електрическия заряд - възможно е да наблюдаваме явления, които не са напълно проучени, които науката ще може да обясни малко по-късно.

§ 2. Взаимодействие на зарядите. Закон на Кулон

Електрическите заряди взаимодействат помежду си, тоест подобни заряди се отблъскват взаимно и за разлика от зарядите се привличат. Определят се силите на взаимодействие между електрическите заряди Закон на Кулони са насочени по права линия, свързваща точките, в които са концентрирани зарядите.
Според закона на Кулон, силата на взаимодействие между два точкови електрически заряда е право пропорционална на произведението на количествата електричество в тези заряди, обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях и зависи от средата, в която се намират зарядите:

Където Е- силата на взаимодействие на зарядите, н(нютон);
Един нютон съдържа ≈ 102 Жсила.
р 1 , р 2 - количеството електричество на всяко зареждане, Да се(висулка);
Една висулка съдържа 6,3 10 18 електронни заряда.
r- разстояние между зарядите, м;
ε a - абсолютна диелектрична проницаемост на средата (материала); това количество характеризира електрическите свойства на средата, в която се намират взаимодействащите си заряди. В Международната система единици (SI) ε a се измерва в ( f/m). Абсолютна диелектрична проницаемост на средата

където ε 0 е електрическа константа, равна на абсолютната диелектрична константа на вакуум (празнота). То е равно на 8,86 10 -12 f/m.
Стойността ε, която показва колко пъти в дадена среда електрическите заряди взаимодействат един с друг по-слабо, отколкото във вакуум (табл. 1), се нарича диелектрична константа. Стойността ε е отношението на абсолютната диелектрична проницаемост на даден материал към диелектричната проницаемост на вакуума:

За вакуум ε = 1. Диелектричната проницаемост на въздуха е почти близка до единица.

маса 1

Диелектрична константа на някои материали

Въз основа на закона на Кулон можем да заключим, че големите електрически заряди взаимодействат по-силно от малките. С увеличаване на разстоянието между зарядите силата на тяхното взаимодействие е много по-слаба. Така, с увеличаване на разстоянието между зарядите 6 пъти, силата на тяхното взаимодействие намалява 36 пъти. Когато разстоянието между зарядите се намали 9 пъти, силата на тяхното взаимодействие се увеличава 81 пъти. Взаимодействието на зарядите също зависи от материала между зарядите.
Пример.Между електрическите заряди Q 1 = 2 10 -6 Да сеИ Q 2 = 4,43 · 10 -6 Да се, разположени на разстояние 0,5 м, се поставя слюда (ε = 6). Изчислете силата на взаимодействие между посочените заряди.
Решение . Заместване във формулата стойности на известни количества, получаваме:

Ако във вакуум електрическите заряди взаимодействат със сила Е c, тогава чрез поставяне, например, на порцелан между тези заряди, тяхното взаимодействие може да бъде отслабено 6,5 пъти, т.е. с ε пъти. Това означава, че силата на взаимодействие между зарядите може да се определи като отношение

В резултат на дълги наблюдения учените установиха, че противоположно заредените тела се привличат, а подобно заредените тела, напротив, отблъскват. Това означава, че между телата възникват сили на взаимодействие. Френският физик К. Кулон експериментално изследва моделите на взаимодействие между метални топки и установи, че силата на взаимодействие между два точкови електрически заряда ще бъде право пропорционална на произведението на тези заряди и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях:

Където k е коефициент на пропорционалност, зависещ от избора на единици за измерване на физическите величини, които са включени във формулата, както и от средата, в която се намират електрическите заряди q 1 и q 2. r е разстоянието между тях.

От тук можем да заключим, че законът на Кулон ще бъде валиден само за точкови заряди, тоест за такива тела, чиито размери могат да бъдат напълно пренебрегнати в сравнение с разстоянията между тях.

Във векторна форма законът на Кулон ще изглежда така:

Където q 1 и q 2 са заряди, а r е свързващият ги радиус вектор; r = |r|.

Силите, които действат върху зарядите, се наричат ​​централни. Те са насочени по права линия, свързваща тези заряди, а силата, действаща от заряд q 2 върху заряд q 1, е равна на силата, действаща от заряд q 1 върху заряд q 2 и е противоположна по знак.

За измерване на електрически величини могат да се използват две бройни системи - SI (базова) система и понякога може да се използва системата CGS.

В системата SI една от основните електрически величини е единицата ток - ампер (A), тогава единицата електрически заряд ще бъде нейната производна (изразена чрез единица ток). Единицата за заряд в SI е кулон. 1 кулон (C) е количеството „електричество“, преминаващо през напречното сечение на проводник за 1 s при ток от 1 A, т.е. 1 C = 1 A s.

Коефициентът k във формула 1а) в SI се приема равен на:

И законът на Кулон може да бъде написан в така наречената "рационализирана" форма:

Много уравнения, описващи магнитни и електрически явления, съдържат фактор 4π. Ако обаче този фактор бъде въведен в знаменателя на закона на Кулон, той ще изчезне от повечето формули за магнетизъм и електричество, които много често се използват в практическите изчисления. Тази форма на писане на уравнение се нарича рационализирана.

Стойността ε 0 в тази формула е електрическата константа.

Основните единици на системата GHS са механичните единици GHS (грам, секунда, сантиметър). В системата GHS не се въвеждат нови основни единици в допълнение към горните три. Коефициентът k във формула (1) се приема равен на единица и безразмерен. Съответно законът на Кулон в нерационализирана форма ще изглежда така:

В системата CGS силата се измерва в дина: 1 дин = 1 g cm/s 2, а разстоянието в сантиметри. Да приемем, че q = q 1 = q 2, тогава от формула (4) получаваме:

Ако r = 1 cm и F = 1 дин, тогава от тази формула следва, че в системата CGS за единица заряд се приема точков заряд, който (във вакуум) действа на равен заряд, отдалечен от него на разстояние 1 см, със сила 1 дин. Такава единица за заряд се нарича абсолютна електростатична единица за количество електричество (заряд) и се обозначава с CGS q. Неговите размери:

За да изчислим стойността на ε 0, сравняваме изразите за закона на Кулон, написани в системите SI и GHS. Два точкови заряда от 1 C всеки, които се намират на разстояние 1 m един от друг, ще взаимодействат със сила (според формула 3):

В GHS тази сила ще бъде равна на:

Силата на взаимодействие между две заредени частици зависи от средата, в която се намират. За да се характеризират електрическите свойства на различни среди, беше въведена концепцията за относително диелектрично проникване ε.

Стойността на ε е различна стойност за различните вещества - за сегнетоелектриците стойността й е в диапазона 200 - 100 000, за кристалните вещества от 4 до 3000, за стъклото от 3 до 20, за полярните течности от 3 до 81, за не -полярни течности от 1, 8 до 2.3; за газове от 1.0002 до 1.006.

Диелектричната константа (относителна) също зависи от температурата на околната среда.

Ако вземем предвид диелектричната константа на средата, в която са поставени зарядите, в SI законът на Кулон приема формата:

Диелектричната константа ε е безразмерна величина и не зависи от избора на мерни единици и за вакуум се счита за равна на ε = 1. Тогава за вакуума законът на Кулон приема формата:

Разделяйки израз (6) на (5), получаваме:

Съответно, относителната диелектрична константа ε показва колко пъти силата на взаимодействие между точковите заряди в някаква среда, които се намират на разстояние r един спрямо друг, е по-малка, отколкото във вакуум, на същото разстояние.

За разделянето на електричеството и магнетизма системата GHS понякога се нарича система на Гаус. Преди появата на системата SGS, системите SGSE (SGS електрически) работеха за измерване на електрически величини и SGSM (SGS магнитни) системи за измерване на магнитни величини. Първата равна единица беше приета за електрическа константа ε 0, а втората равна на магнитната константа μ 0.

В системата SGS формулите на електростатиката съвпадат със съответните формули на SGSE, а формулите на магнетизма, при условие че съдържат само магнитни величини, съвпадат със съответните формули в SGSM.

Но ако уравнението съдържа едновременно магнитни и електрически величини, тогава това уравнение, написано в системата на Гаус, ще се различава от същото уравнение, но написано в системата SGSM или SGSE с коефициента 1/s или 1/s 2 . Величината c, равна на скоростта на светлината (c = 3·10 10 cm/s), се нарича електродинамична константа.

Законът на Кулон в системата GHS ще има формата:

Пример

На две абсолютно еднакви капки масло им липсва един електрон. Силата на нютоновото привличане се балансира от силата на кулоновото отблъскване. Необходимо е да се определят радиусите на капките, ако разстоянията между тях значително надвишават линейните им размери.

Решение

Тъй като разстоянието r между капките е значително по-голямо от техните линейни размери, капките могат да се приемат като точкови заряди и тогава силата на отблъскване на Кулон ще бъде равна на:

Където e е положителният заряд на маслената капка, равен на заряда на електрона.

Силата на Нютоново привличане може да се изрази с формулата:

Където m е масата на капката, а γ е гравитационната константа. Според условията на задачата F k = F n, следователно:

Масата на капка се изразява чрез произведението на плътността ρ и обема V, т.е. m = ρV, а обемът на капка с радиус R е равен на V = (4/3)πR 3, от което получаваме :

В тази формула са известни константите π, ε 0, γ; ε = 1; известни са и зарядът на електрона e = 1,6·10 -19 C и плътността на маслото ρ = 780 kg/m 3 (референтни данни). Замествайки числените стойности във формулата, получаваме резултата: R = 0,363·10 -7 m.

закон

Закон на Кулон

Модулът на силата на взаимодействие между два точкови заряда във вакуум е право пропорционален на произведението на модулите на тези заряди и обратно пропорционален на квадрата на разстоянието между тях.

В противен случай: две точки се зареждат вакуумдействат един върху друг със сили, които са пропорционални на произведението на модулите на тези заряди, обратно пропорционални на квадрата на разстоянието между тях и насочени по правата линия, свързваща тези заряди. Тези сили се наричат ​​електростатични (кулонови).

тяхната неподвижност. В противен случай влизат в сила допълнителни ефекти: магнитно поледвижещ се заряд и съответните доп Сила на Лоренц, действащ върху друг движещ се заряд;

взаимодействие в вакуум.

където е силата, с която заряд 1 действа върху заряд 2; - величина на таксите; - радиус вектор (вектор, насочен от заряд 1 към заряд 2 и равен по абсолютна стойност на разстоянието между зарядите - ); - коефициент на пропорционалност. По този начин законът показва, че еднаквите заряди отблъскват (и различните заряди привличат).

IN SSSE мерна единицазаряд се избира по такъв начин, че коеф кравно на едно.

IN Международна система единици (SI)една от основните единици е единицата сила на електрически ток ампер, а единицата за заряд е висулка- производно от него. Стойността на ампера се определя по такъв начин, че к= c2·10−7 Gn/m = 8,9875517873681764 109 нм2/ кл 2 (или F−1 m). SI коефициент ксе записва като:

където ≈ 8.854187817·10−12 F/m - електрическа константа.

Законът на Кулон е:

Закон на Кулоне закон, който описва силите на взаимодействие между точковите електрически заряди.

Открит е от Чарлз Кулон през 1785 г. След провеждане на голям брой експерименти с метални топки, Чарлз Кулон дава следната формулировка на закона:

Модулът на силата на взаимодействие между два точкови заряда във вакуум е право пропорционален на произведението на модулите на тези заряди и обратно пропорционален на квадрата на разстоянието между тях

В противен случай: Два точкови заряда във вакуум действат един върху друг със сили, които са пропорционални на произведението на модулите на тези заряди, обратно пропорционални на квадрата на разстоянието между тях и насочени по правата, свързваща тези заряди. Тези сили се наричат ​​електростатични (кулонови).

Важно е да се отбележи, че за да бъде законът верен, е необходимо:

1. точкови заряди - т.е. разстоянието между заредените тела е много по-голямо от техните размери - обаче може да се докаже, че силата на взаимодействие на два обемно разпределени заряда със сферично симетрични непресичащи се пространствени разпределения е равна на силата на взаимодействие на два еквивалентни точкови заряда, разположени в центрове на сферична симетрия;
2. тяхната неподвижност. В противен случай влизат в сила допълнителни ефекти: магнитното поле на движещ се заряд и съответната допълнителна сила на Лоренц, действаща върху друг движещ се заряд;
3. взаимодействие във вакуум.

Въпреки това, с някои корекции, законът е валиден и за взаимодействия на заряди в среда и за движещи се заряди.

Във векторна форма във формулировката на C. Coulomb законът е написан, както следва:

където е силата, с която заряд 1 действа върху заряд 2; - величина на таксите; - радиус вектор (вектор, насочен от заряд 1 към заряд 2 и равен по абсолютна стойност на разстоянието между зарядите -); - коефициент на пропорционалност. По този начин законът показва, че еднаквите заряди отблъскват (и различните заряди привличат).

Коефициент к

В SGSE единицата за измерване на заряда е избрана по такъв начин, че коеф кравно на едно.

В Международната система единици (SI) една от основните единици е единицата за електрически ток, ампер, а единицата за заряд, кулон, е нейна производна. Стойността на ампера се определя по такъв начин, че к= c2·10-7 H/m = 8.9875517873681764·109 N·m2/Cl2 (или Ф−1·m). SI коефициент ксе записва като:

където ≈ 8,854187817·10−12 F/m е електрическата константа.

В хомогенно изотропно вещество относителната диелектрична проницаемост на средата ε се добавя към знаменателя на формулата.

Закон на Кулон в квантовата механика

В квантовата механика законът на Кулон се формулира не с помощта на концепцията за сила, както в класическата механика, а с помощта на концепцията за потенциалната енергия на взаимодействието на Кулон. В случай, че разглежданата в квантовата механика система съдържа електрически заредени частици, към хамилтоновия оператор на системата се добавят членове, изразяващи потенциалната енергия на кулоновото взаимодействие, както се изчислява в класическата механика.

Така операторът на Хамилтън на атом с ядрен заряд Зима формата:

Тук м- електронна маса, де неговият заряд, е абсолютната стойност на радиус вектора йти електрон, . Първият член изразява кинетичната енергия на електроните, вторият член изразява потенциалната енергия на кулоновото взаимодействие на електроните с ядрото, а третият член изразява потенциалната кулонова енергия на взаимното отблъскване на електроните. Сумирането в първия и втория член се извършва върху всички N електрони. В третия член сумирането се извършва за всички двойки електрони, като всяка двойка се появява веднъж.

Законът на Кулон от гледна точка на квантовата електродинамика

Според квантовата електродинамика електромагнитното взаимодействие на заредените частици се осъществява чрез обмен на виртуални фотони между частиците. Принципът на неопределеност за времето и енергията позволява съществуването на виртуални фотони за времето между моментите на тяхното излъчване и поглъщане. Колкото по-малко е разстоянието между заредените частици, толкова по-малко време е необходимо на виртуалните фотони, за да преодолеят това разстояние и следователно, толкова по-голяма е енергията на виртуалните фотони, разрешена от принципа на неопределеността. При малки разстояния между зарядите принципът на неопределеността позволява обмен на фотони с дълги и къси вълни, а на големи разстояния в обмена участват само фотони с дълги вълни. По този начин, използвайки квантовата електродинамика, може да се изведе законът на Кулон.

История

За първи път Г. В. Ричман предложи да се изследва експериментално законът за взаимодействие на електрически заредени тела през 1752-1753 г. Той възнамеряваше да използва електрометъра „стрелка“, който беше проектирал за тази цел. Изпълнението на този план беше предотвратено от трагичната смърт на Ричман.

През 1759 г. Ф. Епинус, професор по физика в Академията на науките в Санкт Петербург, който заема катедрата на Рихман след смъртта му, за първи път предполага, че зарядите трябва да взаимодействат обратно пропорционално на квадрата на разстоянието. През 1760 г. се появява кратко съобщение, че Д. Бернули в Базел е установил квадратичния закон с помощта на конструиран от него електрометър. През 1767 г. Пристли отбелязва в своята История на електричеството, че откритието на Франклин за липсата на електрическо поле вътре в заредена метална топка може да означава, че "електрическото привличане следва абсолютно същия закон като гравитацията, тоест квадрат на разстоянието". Шотландският физик Джон Робисън твърди (1822), че е открил през 1769 г., че топки с еднакъв електрически заряд се отблъскват със сила, обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях, и по този начин очаква откриването на закона на Кулон (1785).

Около 11 години преди Кулон, през 1771 г., законът за взаимодействие на зарядите е експериментално открит от Г. Кавендиш, но резултатът не е публикуван и остава неизвестен дълго време (над 100 години). Ръкописите на Кавендиш са представени на Д. С. Максуел едва през 1874 г. от един от потомците на Кавендиш при откриването на Кавендишката лаборатория и са публикувани през 1879 г.

Самият Кулон изучава усукването на нишките и изобретява торсионния баланс. Той открива своя закон, като ги използва за измерване на силите на взаимодействие на заредени топки.

Закон на Кулон, принцип на суперпозиция и уравнения на Максуел

Законът на Кулон и принципът на суперпозицията за електрическите полета са напълно еквивалентни на уравненията на Максуел за електростатиката и. Това означава, че законът на Кулон и принципът на суперпозицията за електрическите полета са изпълнени тогава и само ако уравненията на Максуел за електростатиката са изпълнени и, обратно, уравненията на Максуел за електростатиката са изпълнени тогава и само ако са изпълнени законът на Кулон и принципът на суперпозицията за електрическите полета.

Степен на точност на закона на Кулон

Законът на Кулон е експериментално установен факт. Неговата валидност е многократно потвърждавана от все по-точни експерименти. Една от насоките на такива експерименти е да се провери дали показателят се различава rв закона от 2. За да намерим тази разлика, използваме факта, че ако мощността е точно равна на две, тогава няма поле вътре в кухината в проводника, каквато и да е формата на кухината или проводника.

Експерименти, проведени през 1971 г. в САЩ от Е. Р. Уилямс, Д. Е. Волър и Г. А. Хил, показват, че показателят в закона на Кулон е равен на 2 с точност до .

За да тестват точността на закона на Кулон при вътрешноатомни разстояния, W. Yu. Lamb и R. Rutherford през 1947 г. използват измервания на относителните позиции на водородните енергийни нива. Установено е, че дори при разстояния от порядъка на атомни 10−8 cm показателят в закона на Кулон се различава от 2 с не повече от 10−9.

Коефициентът в закона на Кулон остава постоянен с точност до 15·10−6.

Изменения в закона на Кулон в квантовата електродинамика

На къси разстояния (от порядъка на дължината на вълната на електрона на Комптън, ≈3,86·10−13 m, където е масата на електрона, е константата на Планк, е скоростта на светлината), нелинейните ефекти на квантовата електродинамика стават значителни: обменът на виртуални фотони се наслагва върху генерирането на виртуални двойки електрон-позитрон (а също и мюон-антимуон и таон-антитаон) и влиянието на скрининга се намалява (виж пренормиране). И двата ефекта водят до появата на експоненциално намаляващи членове в израза за потенциалната енергия на взаимодействие на зарядите и в резултат на това до увеличаване на силата на взаимодействие в сравнение с изчислената по закона на Кулон. Например изразът за потенциала на точковия заряд в системата SGS, като се вземат предвид радиационните корекции от първи ред, приема формата:

където е дължината на вълната на Комптън на електрона, е константата на фината структура и. На разстояния от порядъка на ~ 10−18 m, където е масата на W бозона, се проявяват електрослаби ефекти.

В силни външни електромагнитни полета, съставляващи забележима част от полето на вакуумен пробив (от порядъка на ~1018 V/m или ~109 Tesla, такива полета се наблюдават, например, близо до някои видове неутронни звезди, а именно магнетари), Кулоновото законът също е нарушен поради разсейването на Делбрюк на обменните фотони върху фотоните на външното поле и други, по-сложни нелинейни ефекти. Това явление намалява силата на Кулон не само в микро, но и в макромащаб; по-специално, в силно магнитно поле потенциалът на Кулон не пада обратно пропорционално на разстоянието, а експоненциално.

Закон на Кулон и поляризация на вакуума

Феноменът на вакуумната поляризация в квантовата електродинамика се състои в образуването на виртуални двойки електрон-позитрон. Облак от двойки електрон-позитрон екранира електрическия заряд на електрона. Екранирането се увеличава с увеличаване на разстоянието от електрона; в резултат на това ефективният електрически заряд на електрона е намаляваща функция на разстоянието. Ефективният потенциал, създаден от електрон с електрически заряд, може да бъде описан чрез зависимост на формата. Ефективният заряд зависи от разстоянието според логаритмичния закон:

Т.н. константа на фина структура ≈7,3·10−3;

Т.н. класически електронен радиус ≈2,8·10−13 cm..

Juhling ефект

Феноменът на отклонение на електростатичния потенциал на точковите заряди във вакуум от стойността на закона на Кулон е известен като ефекта на Джулинг, който е първият, който изчислява отклоненията от закона на Кулон за водородния атом. Ефектът на Uehling осигурява корекция на Lamb shift от 27 MHz.

Законът на Кулон и свръхтежките ядра

В силно електромагнитно поле в близост до свръхтежки ядра със заряд се получава преструктуриране на вакуума, подобно на конвенционален фазов преход. Това води до промени в закона на Кулон

Значението на закона на Кулон в историята на науката

Законът на Кулон е първият открит количествен закон за електромагнитни явления, формулиран на математически език. Съвременната наука за електромагнетизма започва с откриването на закона на Кулон.

Вижте също

• Електрическо поле
• Дълъг обхват
• Закон на Био-Савар-Лаплас
• Закон за привличането
• Медальон, Чарлз Августин де
• Висулка (мерна единица)
• Принцип на суперпозиция
• Уравнения на Максуел

Връзки

• Закон на Кулон (видео урок, програма за 10. клас)

Бележки

1. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретична физика: Учебник. ръководство: За университети. В 10 тома Т. 2 Теория на полето. - 8-мо изд., стереот. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. - 536 с. - ISBN 5-9221-0056-4 (том 2), гл. 5 Постоянно електромагнитно поле, параграф 38 Поле на равномерно движещ се заряд, стр. 132
2. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретична физика: Учебник. ръководство: За университети. В 10 тома Т. 3. Квантова механика (нерелативистка теория). - 5-то изд., стереот. - М.: Физматлит, 2002. - 808 с. - ISBN 5-9221-0057-2 (том 3), гл. 3 Уравнение на Шрьодингер, стр. 17 Уравнение на Шрьодингер, стр. 74
3. Г. Бете Квантова механика. - пер. от английски, изд. В. Л. Бонч-Бруевич, “Мир”, М., 1965, част 1 Теория на структурата на атома, гл. 1 Уравнение на Шрьодингер и приближени методи за неговото решаване, p. единадесет
4. R. E. Peierls Закони на природата. платно от английски редактиран от проф. И. М. Халатникова, Държавно издателство за физико-математическа литература, М., 1959 г., ниво. 20 000 бр., 339 стр., гл. 9 „Електрони при високи скорости”, параграф „Сили при високи скорости. Други трудности“, стр. 263
5. L. B. Okun... z Елементарно въведение във физиката на елементарните частици, М., Наука, 1985, Библиотека „Квант”, кн. 45, стр. „Виртуални частици”, стр. 57.
6. Нови ком. акад. Sc. имп. Petropolitanae, с. IV, 1758, стр. 301.
7. Epinus F.T.U.Теория на електричеството и магнетизма. - Л.: Академия на науките на СССР, 1951. - 564 с. - (Класици на науката). – 3000 бр.
8. Абел Социн (1760) Acta Helvetica, кн. 4, стр. 224-225.
9. Дж. Пристли. Историята и сегашното състояние на електричеството с оригинални експерименти. Лондон, 1767 г., стр. 732.
10. Джон Робисън Система от механична философия(Лондон, Англия: Джон Мъри, 1822), том. 4. На страница 68 Робисън заявява, че през 1769 г. е публикувал своите измервания на силата, действаща между сфери с еднакъв заряд, и също така описва историята на изследванията в тази област, отбелязвайки имената на Апинус, Кавендиш и Кулон. На страница 73 авторът пише, че силата се променя като х−2,06.
11. С. Р. Филонович “Кавендиш, Кулон и електростатика”, М., “Знание”, 1988, BBK 22.33 F53, гл. „Съдбата на закона“, стр. 48
12. Р. Файнман, Р. Лейтън, М. Сандс, Фейнманови лекции по физика, том. 5, "Електричество и магнетизъм", прев. от английски, изд. Я. А. Смородински, изд. 3, М., Редакция URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (Електричество и магнетизъм), ISBN 5-354-00698-8 (Пълна работа), гл. 4 „Електростатика”, параграф 1 „Статика”, стр. 70-71;
13. Р. Файнман, Р. Лейтън, М. Сандс, Фейнманови лекции по физика, том. 5, "Електричество и магнетизъм", прев. от английски, изд. Я. А. Смородински, изд. 3, М., Редакция URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (Електричество и магнетизъм), ISBN 5-354-00698-8 (Пълна работа), гл. 5 „Приложение на закона на Гаус“, параграф 10 „Поле в кухината на проводника“, стр. 106-108;
14. E. R. Williams, J. E. Faller, H. A. Hill „Нов експериментален тест на закона на Кулон: Лабораторна горна граница на масата на покой на фотона“, Phys. Rev. Lett. 26, 721-724 (1971);
15. W. E. Lamb, R. C. RetherfordФина структура на водородния атом по микровълнов метод (английски) // Физически преглед. - Т. 72. - № 3. - С. 241-243.
16. 1 2 Р. Файнман, Р. Лейтън, М. Сандс, Фейнманови лекции по физика, том. 5, "Електричество и магнетизъм", прев. от английски, изд. Я. А. Смородински, изд. 3, М., Редакция URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (Електричество и магнетизъм), ISBN 5-354-00698-8 (Пълна работа), гл. 5 „Приложение на закона на Гаус“, параграф 8 „Точен ли е законът на Кулон?“, стр. 103;
17. CODATA (Комисията по данни за наука и технологии)
18. Берестецки, В. Б., Лифшиц, Е. М., Питаевски, Л. П.Квантова електродинамика. - 3-то издание, преработено. - М.: Наука, 1989. - С. 565-567. - 720 с. - (“Теоретична физика”, том IV). - ISBN 5-02-014422-3
19. Неда СадугиМодифициран кулонов потенциал на QED в силно магнитно поле (английски).
20. Okun L. B. „Физика на елементарните частици“, изд. 3-ти, М., „Редакция URSS”, 2005, ISBN 5-354-01085-3, BBK 22.382 22.315 22.3o, гл. 2 „Гравитация. Електродинамика”, „Вакуумна поляризация”, стр. 26-27;
21. “Физика на микросвета”, гл. изд. Д. В. Ширков, М., „Съветска енциклопедия“, 1980, 528 с., ил., 530.1(03), F50, чл. „Ефективно обвинение”, авт. Изкуство. Д. В. Ширков, с. 496;
22. Яворски Б. М. „Наръчник по физика за инженери и студенти” / Б. М. Яворски, А. А. Детлаф, А. К. Лебедев, 8-мо изд., преработено. и рев., М.: Издателска къща Onyx LLC, Издателска къща Mir and Education LLC, 2006, 1056 стр.: ил., ISBN 5-488-00330-4 (Издателска къща Onyx LLC), ISBN 5-94666 -260- 0 (Publishing House Mir and Education LLC), ISBN 985-13-5975-0 (Harvest LLC), UDC 530 (035) BBK 22.3, Ya22, „Приложения“, „Фундаментални физически константи“, с . 1008;
23. Uehling E.A., Phys. Rev., 48, 55, (1935)
24. “Мезони и полета” S. Schweber, G. Bethe, F. Hoffmann том 1 Fields гл. 5 Свойства на уравнението на Дирак стр. 2. Състояния с отрицателна енергия c. 56, гл. 21 Пренормиране, параграф 5 Вакуумна поляризация от 336
25. A. B. Migdal „Вакуумна поляризация в силни полета и пионна кондензация“, „Напредък във физическите науки“, т. 123, т. 3, 1977, ноември, стр. 369-403;
26. Спиридонов О. П. „Универсални физически константи”, М., „Просвещение”, 1984 г., стр. 52-53;

Литература

1. Филонович С. Р. Съдбата на класическото право. - М., Наука, 1990. - 240 с., ISBN 5-02-014087-2 (Библиотека Квант, бр. 79), реф. 70500 копия

• Физически закони
• Електростатика

Закон на Кулон

Закон на Кулон- един от основните закони на електростатиката, който определя големината и пряката сила на взаимодействие между два неразрушими точкови заряда. Законът е установен за първи път експериментално със задоволителна точност от Хенри Кавендиш през 1773 г. Той разработва метода на сферичния кондензатор, без да публикува резултатите си. През 1785 г. законът е установен от Чарлз Кулон с помощта на специални торсионни скоби.

Визначення

за векторна форма:

F 12 = k ⋅ q 1 ⋅ q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F_(12)) =k\cdot (\frac (q_(1)\cdot q_(2))(r_(12) ^(3)))\mathbf (r_(12)) ,

Силата на взаимодействие е насочена в същата посока като зарядите, при което еднаквите заряди се привличат, а противоположните се привличат.Силите, които се определят от закона на Кулон, са адитивни.

За да бъде формулиран законът, е необходимо да бъдат посветени следните умове:

1. Точността на зарядите - между заредени тела - може да бъде много по-голяма в зависимост от размера на тялото.
2. Нечупливи заряди. При продължителен епизод е необходимо да се добави магнитно поле към заряда, който се срутва.
3. Законът е формулиран за такси във вакуум.

Станаха електростатични

Фактор на пропорционалност кТова се нарича електростатична стомана. Вин да лежи в избора на единици на изчезване. По този начин международната система има единици (SI)

K = 1 4 π ε 0 ≈ (\displaystyle k=(\frac (1)(4\pi \varepsilon _(0)))\приблизително ) 8,987742438 109 N m2 Cl-2,

de ε 0 (\displaystyle \varepsilon _(0)) - стана електрически. Законът на Кулон изглежда така:

F 12 = 1 4 π ε 0 q 1 q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F) _(12)=(\frac (1)(4\pi \varepsilon _(0)))(\ frac (q_(1)q_(2))(r_(12)^(3)))\mathbf (r) _(12)) .

През последните три години основната система с някои модификации беше системата GHS. Много класическа физическа литература е написана на базата на една от разновидностите на системата GHS - системата от единици на Гаус. Нейната зарядна единица е подредена по такъв начин, че к=1 и законът на Кулон приема формата:

F 12 = q 1 q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F) _(12)=(\frac (q_(1)q_(2))((r)_(12)^(3) ))\mathbf (r) _(12)) .

Подобна форма на закона на Кулон може да съществува в атомната система, която се използва в атомната физика за квантови химични реакции.

Законът на Кулон в средата

В средата силата на взаимодействие между зарядите се променя в резултат на поляризацията. За хомогенна изотропна среда има промяна в характеристиката на пропорционалната стойност на тази среда, която се нарича диелектрична стомана или диелектрично проникване и също се нарича ε (\displaystyle \varepsilon). Силата на Кулон в системата CI изглежда така

F 12 = 1 4 π ε ε 0 q 1 q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F) _(12)=(\frac (1)(4\pi \varepsilon \varepsilon _(0)) )(\frac (q_(1)q_(2))(r_(12)^(3)))\mathbf (r) _(12)) .

Диелектричеството стана много близко до единица, така че в този случай формулата за вакуум може да се определи с достатъчна точност.

История на откритията

Предположенията за това, че взаимодействията между електрифицираните тела се подчиняват на един и същ закон на пропорционалност на квадрата на площта, която е тежка, многократно се определят от потомците в средата на 18 век. В началото на 1770-те години Хенри Кавендиш открива експериментално, но не публикува резултатите си и те стават известни едва в края на 19 век. след публикуването на моите архиви. Шарл Кулон публикува закона от 1785 г. в два мемоара, представени на Френската академия на науките. През 1835 г. Карл Гаус публикува теоремата на Гаус, получена въз основа на закона на Кулон. Според теоремата на Гаус законът на Кулон е включен в основните принципи на електродинамиката.

Обръщане на закона

За макроскопски изследвания в експерименти със земни умове, които са извършени по метода на Кавендиш, индикатор за степента на rВ закона на Кулон е невъзможно да се раздели 2 повече от 6·10−16. От експерименти с разсейване на алфа частици изглежда, че законът на Кулон не се нарушава до разстояния от 10−14 м. От друга страна, за да се опише взаимодействието на заредени частици на такива разстояния, е необходимо да се разбере как законът се формулира (концепцията за сила, позиция), изразходвайте смисъл. Тази област от огромен мащаб има законите на квантовата механика.

Законът на Кулон може да се използва като едно от наследствата на квантовата електродинамика, в рамките на която взаимодействието на честотите на зареждане включва обмен на виртуални фотони. В резултат на това експериментите от тестване на принципите на квантовата електродинамика могат да бъдат последвани от тестване на закона на Кулон. Така експериментите с анихилация на електрони и позитрони показват, че законите на квантовата електродинамика не се прилагат за разстояния от 10-18 m.

див. също

• Теорема на Гаус
• Сила на Лоренц

Джерела

• Гончаренко С. У.Физика: Основни закони и формули.. - К.: Либидь, 1996. - 47 с.
• Кучерук И. М., Горбачук И. Т., Луцик П. П.Електрика и магнетизъм // Общият курс на физиката. - К.: Техника, 2006. - Т. 2. - 456 с.
• Фриш С. Е., Тиморева А. В.Електрически и електромагнитни кутии // Курс на чуждестранна физика. - К.: Радянска школа, 1953. - Т. 2. - 496 с.
• Физическа енциклопедия / Изд. А. М. Прохорова. - М.: Съветска енциклопедия, 1990. - Т. 2. - 703 с.
• Сивухин Д.В.Електричество // Общ курс по физика. - М.: Физматлит, 2009. - Т. 3. - 656 с.

Бележки

1. А b Законът на Кулон може да се приложи тясно към сухи заряди, тъй като тяхната течливост е много по-ниска от тази на светлината
2. А b Y -- Coulomb (1785a) "Premier mémoire sur l'électricité et le magnétisme," , страници 569-577 -- Висулката е направена от сила за вкарване на еднакви заряди:
   

   Страница 574: Il résulte donc de ces trois essais, que l"action répulsive que les deux balles électrifées de la même nature d"électricité exercent l"une sur l"autre, suit la raison inverse du carré des distances.

   Превод: Също така, от тези три заключения следва, че силата между две електрифицирани намотки, заредени от електричество от едно и също естество, следва закона на описаната пропорционалност до квадрата на разстоянието.

   Y -- Coulomb (1785b) "Втори мемоари за електричеството и магнетизма", Histoire de l'Académie Royale des Sciences, страници 578-611. - Висулката показа, че тела със съседни заряди се привличат със сила поради тяхната пропорционална връзка.

3. Изборът на такава ясно сложна формула на разсъждение се дължи на факта, че в Международната система основната единица не е електрическият заряд, а единицата за електрически ток ампер, а основното ниво на електродинамиката се записва без множителя 4 π (\displaystyle 4\ pi).

Закон на Кулон

Ирина Рудерфер

Законът на Кулон е закон за взаимодействието на точковите електрически заряди.

Открит е от Кулон през 1785 г. След провеждане на голям брой експерименти с метални топки, Чарлз Кулон дава следната формулировка на закона:

Силата на взаимодействие между две точкови неподвижни заредени тела във вакуум е насочена по правата линия, свързваща зарядите, е право пропорционална на произведението на модулите на заряда и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях.
Важно е да се отбележи, че за да бъде законът верен, е необходимо:
1. точков характер на зарядите - т.е. разстоянието между заредените тела е много по-голямо от техните размери.
2.неподвижността им. В противен случай трябва да се вземат предвид допълнителни ефекти: възникващото магнитно поле на движещ се заряд и съответната допълнителна сила на Лоренц, действаща върху друг движещ се заряд.
3.взаимодействие във вакуум.
Въпреки това, с някои корекции, законът е валиден и за взаимодействия на заряди в среда и за движещи се заряди.

Във векторна форма във формулировката на C. Coulomb законът е написан, както следва:

Където F1,2 е силата, с която заряд 1 действа върху заряд 2; q1,q2 - величина на зарядите; - радиус вектор (вектор, насочен от заряд 1 към заряд 2 и равен по абсолютна стойност на разстоянието между зарядите - r12); k - коефициент на пропорционалност. По този начин законът показва, че еднаквите заряди отблъскват (и различните заряди привличат).

Не гладете срещу зърното!

Знаейки за съществуването на електричество от хиляди години, хората започват да го изучават научно едва през 18 век. (Интересно е, че учените от онази епоха, които се заеха с този проблем, идентифицираха електричеството като отделна наука от физиката и се нарекоха „електротехници“.) Един от водещите пионери на електричеството беше Шарл Огюстен дьо Кулон. След като внимателно изучава силите на взаимодействие между телата, носещи различни електростатични заряди, той формулира закона, който сега носи неговото име. По принцип той провежда експериментите си по следния начин: различни електростатични заряди се прехвърлят на две малки топки, окачени на най-тънките нишки, след което суспензиите с топките се приближават. Когато се приближиха достатъчно, топките започнаха да се привличат една към друга (с противоположни полярности на електрическите заряди) или да се отблъскват (в случай на еднополярни заряди). В резултат на това нишките се отклоняват от вертикалата под достатъчно голям ъгъл, при който силите на електростатичното привличане или отблъскване се балансират от силите на гравитацията. След като измери ъгъла на отклонение и знае масата на топките и дължината на окачванията, Кулон изчисли силите на електростатично взаимодействие на различни разстояния на топките една от друга и въз основа на тези данни изведе емпирична формула:

Където Q и q са величините на електростатичните заряди, D е разстоянието между тях и k е експериментално определената константа на Кулон.

Нека веднага да отбележим два интересни момента в закона на Кулон. Първо, в своята математическа форма той повтаря закона на Нютон за всемирното привличане, ако в последния заменим масите с заряди, а константата на Нютон с константата на Кулон. И има всички основания за това сходство. Според съвременната квантова теория на полето както електрическите, така и гравитационните полета възникват, когато физическите тела обменят помежду си елементарни частици, носещи енергия, лишени от маса на покой - съответно фотони или гравитони. По този начин, въпреки очевидната разлика в природата на гравитацията и електричеството, тези две сили имат много общи неща.

Втората важна бележка се отнася до константата на Кулон. Когато шотландският теоретичен физик Джеймс Клерк Максуел изведе системата от уравнения на Максуел за общо описание на електромагнитните полета, се оказа, че константата на Кулон е пряко свързана със скоростта на светлината c. И накрая, Алберт Айнщайн показа, че c играе ролята на фундаментална световна константа в рамките на теорията на относителността. По този начин може да се проследи как най-абстрактните и универсални теории на съвременната наука постепенно се развиват, усвоявайки предварително получени резултати, започвайки с прости изводи, направени въз основа на настолни физически експерименти.
http://elementy.ru/trefil/coulomb_law
http://www.fieldphysics.ru/coulombs_law/
http://www.vnz.ru/spravki/zakon-Kulona.html