Закон Кулона

При передаче незаряженному электроскопу электрического положительного или отрицательного заряда, можно заметить, что листочки электроскопа будут расходиться на меньший или больший угол.

Прикоснёмся при помощи наэлектризованной палочки к стержню электроскопа и запомним угол, на который будут расходиться листочки. Для того чтобы выдать расхождение листочков электроскопа на больший угол, необходимо передать ему заряд с большей площади заряженной палочки. И, наоборот, листочки сойдутся, при прикосновении рукой к стержню электроскопа.

Таким образом, мы обнаруживаем, что сила электрического заряда на телах бывает больше или меньше. Следовательно, можно говорить о таком понятии как величина заряда, а значит, и об её измерении.

Это стало возможно благодаря открытию в конце XVIII в. закона о взаимодействии электрических зарядов. Этот закон открыл французский физик Кулон.

Закон Кулона был открыт опытным путем: ученый проводил опыты с крутильными весами, с помощью которых измерял силу, с которой взаимодействуют наэлектризованные объекты.

Крутильные весы состоят из легкого, не проводящего никакие электрические заряды коромысла, подвешенного на тончайшей металлической нити в стеклянном сосуде цилиндрической формы. На одном краю стержня укреплён позолоченный шарик из пробки, a на другом – противовес. Верхним своим концом проволока прикрепляется к центру головки, снабженной указателем и вращающейся по шкале, имеющей деления, которая служит для определения размера угла закручивания закреплённой проволоки.


Крышка сосуда имеет отверстие, через которое на изоляторе подается другой, точно такой же шарик b, который равен шарику a по размеру. Размер углового расстояния между позолоченными шариками a и b подсчитывается по делениям, которые находятся на цилиндрическом сосуде. Для этого поворачивают головку весов на определенный угол, можно изменять расстояние.

После того как оба шарика будут заряжены и установлены на любом расстоянии, Кулон мог определять силу, с которой эти шарики взаимодействуют, измеряя угол закручивания нити.

Если прибор заранее проградуирован, то измерив угол поворота головки, можно узнать, с какой силой взаимодействуют наэлектризованные шарики.

При изменении расстояния между шариками Кулон обнаружил, что при постоянных зарядах сила, с которой они взаимодействуют, будет обратно пропорциональна двойному расстоянию между их центрами.

Решение вопроса об измерении величины зарядов на шариках было следующим: если шарик b зарядить и, вынув из прибора, соприкоснуть с другим шариком, то ровно половина заряда перейдет на другой шарик с шарика b. На нем, таким образом, останется заряд вдвое меньше. Поместив шарик b обратно в прибор, Кулон обнаружил, что при одинаковом расстоянии между шариками, их сила взаимодействия убывает в два раза - прямо пропорционально сокращению величины заряда.

Аналогично менялся заряд движущегося шарика a.

Благодаря этим опытам был открыт закон, который впоследствии стал известен как закон Кулона, определение его следующее: сила взаимодействия двух точечных зарядов прямо пропорциональна их величинам, обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами и направлена по линии, которая соединяет эти заряды.

Закон Кулона Амонтона выражается формулой:

F = k(q1q2/r²),

где q1 и q2 - величины точечных зарядов, которые взаимодействуют, r – расстояние между этими зарядами, а k является коэффициентом пропорциональности, который зависит от того, какие единицы измерения величин будут входить в формулу.

При этом точечными называют такие заряды, которые находятся на телах любого размера и формы, которые достаточно малы в сравнении с расстояниями, на которых рассматривается их взаимодействие.

Исследования показали, что на величину силы F оказывает влияние окружающая среда, и формула, которая выражает закон Кулона, применяется только в том случае, когда взаимодействую заряженные тела в вакууме.

Благодаря закону Кулона была установлена единица электрического разряда. Так, под ней подразумевают заряд, действующий в вакууме на идентичный заряд, который находится на расстоянии в один сантиметр, с силой в одну дину. Это абсолютная электростатическая единица заряда.

Материалы по теме: