Lwa Coulomb (elektwostatik)

Pou menm non ak atik la, gade Lwa Koulon.

Nan de ka yo, fòs la pwopòsyonèl ak pwodui chaj yo epi li varye kòm kare envès distans ant chaj yo.

Lwa Coulomb an eksprime, nan elektwostatik, fòs entèraksyon ant de patikil ki chaje elektrik. Li pran non Charles-Augustin Coulomb fizisyen franse a ki te deklare li an 1785 epi li fòme baz elektwostatik. Li ka deklare jan sa a:

« Entansite fòs elektwostatik ant de chaj elektrik pwopòsyonèl ak pwodwi de chaj yo epi li envers pwopòsyonèl ak kare distans ant de chaj yo. Fòs la pote pa liy ki pase nan de chaj yo. »

Detèminasyon eksperimantal istorik

Coulomb Balance.

Charles-Augustin Coulomb te deklare lwa entèraksyon elektwostatik an 1785 apre plizyè mezi ki te fèt ak balans Coulomb ke li te devlope pou detekte fòs entèraksyon trè fèb. Sa a se yon balans tòsyon pou ki mezi ang tòsyon an nan ekilib fè li posib pou detèmine entansite fòs repouse. Nan ka fòs attrayant, se etid osilasyon sistèm nan ki fè li posib pou detèmine entansite fòs yo. Yo mete yon chaj elektrik nan fen yon baton orizontal tache ak yon fil vètikal ki gen karakteristik trese deja etabli. Prensip la nan mezi a konsiste de konpansasyon, gras a koupl la trese nan fil vètikal la, koupl la egzèse pa yon lòt chaj elektrik pote nan vwazinaj la nan chaj la fiks sou baton an.

Fòs Coulomb

Fòs ${\vec {F}}_{1/2}$ egzèse pa yon chaj elektrik $q_{1}$ plase nan pwen ${\vec {r}}_{1}$ sou yon chaj $q_{2}$ ki plase nan pwen ${\vec {r}}_{2}$ ekri

${\vec {F}}_{1/2}={\frac {q_{1}q_{2}}{4\pi \varepsilon _{0}}}{\frac {{\vec {r}}_{2}-{\vec {r}}_{1}}{\|{\vec {r}}_{2}-{\vec {r}}_{1}\|^{3}}}$,

kote $\epsilon _{0}\simeq$ 8,854 × 10⁻¹² F m⁻¹ se yon konstan inivèsèl ki rele konstan dyelèktrik, oswa permitivite vakyòm. Lwa Coulomb a pa valab pou chaj deplase men sèlman nan yon ankadreman referans kote yo tou de fiks. Lwa Coulomb la, ki endike konsa, se an reyalite nan yon sistèm inite kote chaj elektrik se yon kantite fizik ki pa koresponn ak okenn lòt inite ki soti nan mekanik Newtonyen . Nouvo inite sa a motive entwodiksyon konstan dielektrik la pou rapò pwodwi de chaj elektrik ak pèmitivite vakyòm lan se yon inite mekanik (nan ka sa a yon fòs miltipliye pa yon [ [sifas (jeometri)|sifas]]). Nou ka, altènativman men souvan pa trè eklere, sèvi ak yon lòt sistèm inite ki pa mande pou yon nouvo inite pou chaj elektrik la. Sistèm inite yo itilize pi souvan se sistèm CGS, kote lwa a ekri pi senp

${\vec {F}}_{1/2}=q_{1}q_{2}{\frac {{\vec {r}}_{2}-{\vec {r}}_{1}}{\|{\vec {r}}_{2}-{\vec {r}}_{1}\|^{3}}}$.

Nan ka sa a, distans yo dwe enperatif eksprime an santimèt ak fòs yo an dynes. Lè sa a, chaj elektrik la gen inite ibrid la ki rele inite elektwostatik, oswa "esu", ki soti nan Angle inite elektwostatik la, depi sistèm CGS la sitou itilize nan peyi anglo-sakson.

Eskalatè, vektè ak deskripsyon grafik

Lwa Coulomb la ka endike kòm yon ekspresyon matematik ki gen fòm eskalè ak vektè:

$|{\boldsymbol {F}}|={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}{|q_{1}q_{2}| \over r^{2}}$

et

${\boldsymbol {F_{1}}}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}{q_{1}q_{2}{\boldsymbol {{\hat {r}}_{12}}} \over |{\boldsymbol {r_{12}}}|^{2}}$

,   respectivement,

kote ε₀ se permitivite vakyòm, q₁ ak q₂ se grandè pozitif oswa negatif chaj yo, eskalè r se distans ant chaj yo, vektè ${\boldsymbol {r_{12}}}={\boldsymbol {r_{1}-r_{2}}}$ se distans vektè ant chaj yo ak ${\boldsymbol {{\hat {r}}_{12}}}={{\boldsymbol {r_{12}}}/|{\boldsymbol {r_{12}}}|}$, sa vle di yon vektè inite ki montre soti nan q₂ rive nan q₁.

Reprezantasyon grafik lwa Coulomb la

Fòm vektè ki anwo a kalkile fòs ${\boldsymbol {F_{1}}}$ aplike sou q₁ pa q₂. >. Sinon, si nou itilize r₂₁, Lè sa a, efè a sou q₂ kalkile, byenke kantite sa a kapab kalkile fasil atravè Twazyèm Lwa Newton: ${\boldsymbol {F_{2}}}=-{\boldsymbol {F_{1}}}$. Se poutèt sa, vektè ${\boldsymbol {{\hat {r}}_{12}}}$ bay direksyon fòs la, men se pwodwi $q_{1}q_{2}$ ki detèmine si fòs la se atire oswa repouse: si $q_{1}q_{2}$ pozitif, fòs la repouse; si $q_{1}q_{2}$ negatif, fòs la atire.

Konstan Coulomb

Konstan Coulomb se konstan pwopòsyonèl ki parèt nan ekspresyon lwa Coulomb an . Konstan an vle di $k_{\mathrm {C} }$, $k_{\mathrm {e} }$ oswa $k_{\mathrm {0} }$. Li defini apati pèmitivite vakyòm:

$k_{\rm {C}}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}\approx$ 8,987 551 792 3(14) × 10⁹ N  m² C⁻²

Jeneralizasyon lwa Coulomb ki depann de tan

Solisyon jeneral ak kozatif ekwasyon Maxwell yo bay ekwasyon Jefimenko. Ekwasyon sa yo se jeneralizasyon ki depann de tan (elektwodinamik) lwa Coulomb a ak lwa Biot-Savart, ki te okòmansman vre sèlman pou domèn elektwostatik ak mayetostatik osi byen ke pou kouran dirèk.

Ekwasyon Jefimenko bay chan elektrik ak chan mayetik akòz distribisyon chaj ak kouran elektrik nan espas. Yo pran an kont reta akòz pwopagasyon nan jaden (tan "reta") akòz valè a fini nan vitès la nan limyè ak efè relativist. Se poutèt sa yo ka itilize pou deplase chaj ak kouran. Yo se solisyon jeneral ekwasyon Maxwell yo pou nenpòt distribisyon abitrè chaj ak kouran.

Gade tou

Sou lòt pwojè yo :

Lwa Coulomb (elektwostatik), sou Wikimedia Commons

Bibliyografi

• (en) Estrikti elektwonik semi-conducteurs òganik, (ISBN 978-1-64327-165-1, OCLC 1078886134, DOI 10.1088/2053-2571/aaddd8).
• (en) Pwoblèm nan elektwomayetik klasik, (ISBN 978-3-319-63132-5 ak 978-3-319-87481-4, EAN 9783319631325, OCLC 1041736300, DOI 10.1007/978-3-319-63133-2, SUDOC 227832833).
• (en) Fizik Modèl:XXI, (ISBN 978-2-8041-6190-3, EAN 9782804161903, OCLC 708358339, BNF 42242787, SUDOC 146796772).

Atik ki gen rapò

• Fòs
• Potansyèl elektrik
• Konstan fizik

Lyen ekstèn

• Ampère ak istwa elektrisite ak yon videyo /parcourspedagogique/ zoom/video/coulomb/video/coulomb.php Coulomb envante yon balans pou elektrisite