Coulombov zakon

Zakon fizike koji kaže da je električna sila između dva tačkasta naboja proporcionalna proizvodu naboja i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih.
(Preusmjereno sa Kulonov zakon)
Nema pregledanih verzija ove stranice, što znači da možda nije provjereno odgovara li standardima projekta.

Kulonov zakon je eksperimentalni zakon[1] fizike koji izračunava količinu sile između dva tačkasta naboja u mirovanju. Ova električna sila se konvencionalno naziva elektrostatička sila ili Kulonova sila.[2] Iako je zakon bio poznat ranije, prvi ga je 1785. godine objavio francuski fizičar Charles-Augustin de Coulomb, odakle i ime. Kulonov zakon je bio od suštinskog značaja za razvoj teorije elektromagnetizma, a možda čak i za njenu polaznu tačku,[1] jer je omogućio značajne rasprave o količini električnog naboja u čestici.[3]

Veličina elektrostatičke sile F između dva tačkasta naelektrisanja q1 i q2 direktno je proporcionalna proizvodu veličina naelektrisanja i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih. Slični naboji se međusobno odbijaju, a suprotni se privlače.

Zakon kaže da je veličina, ili apsolutna vrijednost, privlačne ili odbojne elektrostatičke sile između dva tačkasta naboja direktno proporcionalna proizvodu veličina njihovih naboja i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih.[4] Kulon je otkrio da se tijela sa sličnim električnim nabojem odbijaju. Kulon je također pokazao da se suprotno nabijena tijela privlače prema zakonu inverznog kvadrata:Ovdje je https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/954db5efefef8b71f14e848054dbcd5954f35a18 konstanta, a q1 i q2 su vrijednosti pojedinih naboja, a skalar r je distanca između dva naboja.

Sila spaja dva naboja kroz dužinu. Ako su naboji isto-imeni, elektrostatička sila između njih čini da se odbijaju; ako su razno-imeni, sila između njih čini da se privlače.

Coulombov zakon se može koristiti za izvođenje Gaussovog zakona, i obratno. U slučaju jednog tačkastog naboja u mirovanju, dva zakona su ekvivalentna, izražavajući isti fizički zakon na različite načine.[5] Zakon je opsežno testiran, a zapažanja su potvrdila zakon na skali od 10−16 m do 108 m.[5]

Historija

uredi

Drevne kulture širom Mediterana znale su da se određeni predmeti, kao što su štapići od ćilibara, mogu protrljati mačjim krznom kako bi privukli lake predmete poput perja i komadića papira. Tales iz Mileta napravio je prvi zabilježeni opis statičkog elektriciteta oko 600. godine prije Krista,[6] kada je primijetio da trenje može učiniti da komad ćilibara privuče male predmete.[7][8]

Skalarni oblik

uredi

Kulonov zakon može se izraziti kao jednostavan matematički izraz. Skalarni oblik daje veličinu vektora elektrostatičke sile F između dva tačkasta naboja q1 i q2, ali ne i njegov smjer. Ako je r udaljenost između naboja, veličina sile jegdje je ε0 električna konstanta. Ako je proizvod q1q2 pozitivan, sila između dva naboja je odbojna; ako je proizvod negativan, sila između njih je privlačna.[9]

Vektorski oblik

uredi
Na slici, vektor F1 je sila koju doživljava q1, a vektor F2 je sila koju doživljava q2. Kada su q1q2>0 sile su odbojne (kao na slici), a kada su q1q2<0 sile su privlačne (suprotno od slike). Veličina sila će uvijek biti jednaka.

Kulonov zakon u vektorskom obliku kaže da je elektrostatička sila osjetio naboj, na poziciji , u blizini drugog naboja, na poziciji , u vakuumu je jednako:[10]gdje je vektorska razdaljina između dva naboja, jedinični vektor pokazuje iz u , i , električna konstanta. Ovdje, se koristi kao vektorska notacija.

Vektorski oblik Kulonovog zakona je jednostavno skalarna definicija zakona sa smjerom zadanim jediničnim vektorom , paralelno sa linijom od naboja do naboja .[11] Ako oba naboja imaju isti predznak (kao naboji) onda je proizvod je pozitivan i smjer sile na je dato od ; naboji se odbijaju. Ako naboji imaju suprotne predznake onda je proizvod negativan i smjer sile na je ; naboji se privlače.

Elektrostatička sila koja doživljava naboj , prema trećem Newtonovom zakonu, iznosi .

Kulonova konstanta

uredi

Coulomb konstanta je faktor proporcionalnosti koji se pojavljuje u Kulonovom zakonu i povezanim formulama. Označeno , naziva se i konstanta električne sile ili elektrostatička konstanta [12], otuda i indeks 'e'. Kada je elektromagnetna teorija izražena u Međunarodnom sistemu jedinica, sila se mjeri u njutnima, naboj u kulonima i udaljenost u metrima. Kulonova konstanta je data sa . Konstanta je električna permitivnost vakuuma (također poznata kao električna konstanta).[13] Ne treba ga miješati sa , što je bezdimenzionalna relativna permitivnost materijala u koji su naboji uronjeni, ili sa njihovim proizvodom , koji se naziva "apsolutna permitivnost materijala" i još uvijek se koristi u elektrotehnici.

Od redefiniranja osnovnih jedinica SI 2019,[14][15] Kulonova konstanta, izračunata iz preporučenih vrijednosti 2018, je:[16]

Također pogledajte

uredi

Reference

uredi
  1. ^ a b Huray, Paul G. (2010). Maxwell's equations. Hoboken, New Jersey: Wiley. str. 8, 57. ISBN 978-0-470-54991-9. OCLC 739118459.
  2. ^ Halliday, David; Resnick, Robert; Walker, Jearl (2013). Fundamentals of Physics. John Wiley & Sons. str. 609, 611. ISBN 9781118230718.
  3. ^ Roller, Duane; Roller, D. H. D. (1954). The development of the concept of electric charge: Electricity from the Greeks to Coulomb. Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press. str. 79.
  4. ^ Coulomb (1785). "Premier mémoire sur l'électricité et le magnétisme" [First dissertation on electricity and magnetism]. Histoire de l'Académie Royale des Sciences [History of the Royal Academy of Sciences] (jezik: francuski). str. 569–577.
  5. ^ a b Purcell, Edward M. (21. 1. 2013). Electricity and magnetism (3rd izd.). Cambridge. ISBN 9781107014022.
  6. ^ Cork, C.R. (2015). "Conductive fibres for electronic textiles". Electronic Textiles: 3–20. doi:10.1016/B978-0-08-100201-8.00002-3. ISBN 9780081002018.
  7. ^ Stewart, Joseph (2001). Intermediate Electromagnetic Theory. World Scientific. str. 50. ISBN 978-981-02-4471-2.
  8. ^ Simpson, Brian (2003). Electrical Stimulation and the Relief of Pain. Elsevier Health Sciences. str. 6–7. ISBN 978-0-444-51258-1.
  9. ^ "Coulomb's law". Hyperphysics.
  10. ^ Feynman, Richard P. (1970). The Feynman Lectures on Physics Vol II. Addison-Wesley. ISBN 9780201021158.
  11. ^ Fitzpatrick, Richard (2. 2. 2006). "Coulomb's law". University of Texas.
  12. ^ Walker, Jearl; Halliday, David; Resnick, Robert (2014). Fundamentals of physics (10th izd.). Hoboken, NJ: Wiley. str. 614. ISBN 9781118230732. OCLC 950235056.
  13. ^ International Bureau of Weights and Measures (2019-05-20), SI Brochure: The International System of Units (SI) (PDF) (9. izd.), str. 15, ISBN 978-92-822-2272-0
  14. ^ BIPM statement: Information for users about the proposed revision of the SI (PDF), arhivirano s originala (PDF), 21. 1. 2018, pristupljeno 15. 10. 2023
  15. ^ "Decision CIPM/105-13 (October 2016)". The day is the 144th anniversary of the Metre Convention.
  16. ^ Derived from k\text{e} = 1 / (4πε0)"2018 CODATA Value: vacuum electric permittivity". The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. 20. 5. 2019. Pristupljeno 20. 5. 2019.