Prawo Coulomba i siła oddziaływania elektrostatycznego — przegląd wiadomości

Przypomnij sobie prawo Coulomba i siłę oddziaływania elektrostatycznego. Tłumaczenie na język polski: Fundacja Edukacja dla Przyszłości

Pojęcia kluczowe

Pojęcia	Definicja
Ładunek elektryczny	Własność, którą wykazuje obiekt po umieszczeniu go w polu elektromagnetycznym. Dany obiekt może mieć ładunek dodatni, ujemny, bądź nie mieć żadnego, wtedy mówimy, że jest on neutralny elektrycznie. W układzie izolowanym całkowity ładunek elektryczny nie ulega zmianie, podobnie jak energia. Oznacza to, że nie można wytworzyć nowego ładunku bądź zniszczyć już istniejącego.
$k$ ‍	Stała, zwana czasem stałą elektrostatyczną bądź stałą Coulomba, równą w przybliżeniu $9.0 x 10^{9} \frac{N \cdot m^{2}}{C^{2}}$ ‍.

Równania

Równanie	Wyjaśnienie symboli	Znaczenie
$\| F_{E} \| = k \| \frac{q_{1} q_{2}}{r^{2}} \|$ ‍	$F_{E}$ ‍ - siła elektrostatyczna, $k$ ‍- stała, $q_{1}$ ‍, $q_{2}$ ‍ - ładunki, $r$ ‍ odległość pomiędzy ładunkami.	Wielkość siły elektrostatycznej pomiędzy $q_{1}$ ‍ oraz $q_{2}$ ‍ jest wprost proporcjonalna do wielkości ładunków $q_{1}$ ‍ i $q_{2}$ ‍, oraz odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości pomiędzy nimi. Równanie to jest znane pod nazwą prawa Coulomba.

Porównanie siły elektrostatycznej i grawitacyjnej

Prawo Coulomba ma wiele wspólnego z prawem powszechnego ciążenia Newtona:

\begin{aligned} \begin{aligned} | F_{E} | & = k | \frac{q_{1} q_{2}}{r^{2}} | \\ | F_{g} | & = G \frac{m_{1} m_{2}}{r^{2}} \end{aligned} \end{aligned}

Podobnie jak w przypadku siły grawitacji, której wartość rośnie wraz ze wzrostem masy obiektów oddziałujących ze sobą, siła oddziaływania elektrostatycznego jest tym większa, im większą wartość mają oddziaływujące ładunki. Obie siły są odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości pomiędzy dwoma obiektami. Taka zależność jest znana pod nazwą "prawa odwrotnych kwadratów". W przypadku siły przyciągania grawitacyjnego

F_{g}

stała proporcjonalności

G

równą się w przybliżeniu

6,674

10^{- 11}

m^{3} / (kg s^{2})

, zaś w przypadku siły oddziaływania elektrostatycznego stałą proporcjonalnośc i znaczamy najczęściej przez

k

., przy czym

k = 9, 0

10^{9} \frac{N \cdot m^{2}}{C^{2}}

Stosunek wartości stałej

k

to stałej

G

pozwala nam domyślać się, że wartości, jakie przyjmują obydwie siły znacznie się różnią. W rzeczywistości, siła elektrostatyczna pomiędzy elektronem a protonem jest o wiele rzędów wielkości większa niż oddziaływanie grawitacyjne pomiędzy nimi.

Zwrot siły elektrostatycznej

Dwa ładunki, które oddziałują ze sobą z siłą

F_{E}

, mogą się przyciągać bądź odpychać. Ładunki o przeciwnych znakach, tj. ładunek dodatni i ładunek ujemny, będą się przyciągać. Ładunki o tym samym znaku, tj. dwa ładunki dodatnie bądź dwa ładunki ujemne, będą się odpychać.

Co jeszcze trzeba wiedzieć o sile Coulomba?

Siła elektrostatyczna jest odwrotnie proporcjonalna do $r^{2}$ ‍, nie do $r$ ‍. Oznacza to, że w miarę jak będziemy oddalać ładunki od siebie, oddziaływanie elektrostatyczne będzie maleć jak $\frac{1}{r^{2}}$ ‍. Przykładowo, jeśli dwukrotnie zwiększymy odległość pomiędzy dwoma elektronami, będą one ze sobą oddziaływać $4$ ‍ razy słabiej (a nie $2$ ‍ razy!). Będzie to, oczywiście, oddziaływanie o charakterze odpychającym,

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Zaloguj się

Sortuj według

Na razie brak głosów w dyskusji

Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.