Qual è la legge di Coulomb?
La legge di Coulomb viene utilizzata nell'area della fisica per calcolare la forza elettrica che agisce tra due cariche a riposo.
Da questa legge è possibile prevedere quale sarà la forza elettrostatica di attrazione o repulsione esistente tra due particelle in base alla loro carica elettrica e alla distanza tra di esse.
La legge di Coulomb deve il suo nome al fisico francese Charles-Augustin de Coulomb, che nel 1875 enuncia questa legge, e che costituisce la base dell'elettrostatica:
"La grandezza di ciascuna delle forze elettriche con cui interagiscono a riposo due cariche puntiformi è direttamente proporzionale al prodotto della grandezza di entrambe le cariche e inversamente proporzionale al quadrato della distanza che le separa e ha la direzione della linea che unisce loro. . La forza è di repulsione se le cariche sono dello stesso segno, e di attrazione se sono di segno opposto”.
Questa legge è rappresentata come segue:
- F = forza elettrica di attrazione o repulsione in Newton (N). Le cariche simili si respingono e le cariche opposte si attraggono.
- K = è il Costante di Coulomb o costante elettrica di proporzionalità. La forza varia in base alla permittività elettrica (ε) del mezzo, sia esso acqua, aria, olio, vuoto, tra gli altri.
- che cosa = valore delle cariche elettriche misurato in Coulomb (C).
- r = distanza che separa le cariche e che si misura in metri (m).
Va notato che la permittività elettrica del vuoto è costante e una delle più utilizzate. Si calcola come segue: ε 0 = 8.8541878176x10-12 C2 / (Nm2). È estremamente importante prendere in considerazione la permittività del materiale.
Il valore della costante di Coulomb nel Sistema Internazionale di misure è:
Questa legge tiene conto solo dell'interazione tra due cariche puntiformi contemporaneamente e determina solo la forza che esiste tra q1 e cosa2 senza considerare i carichi in giro.
Coulomb è stato in grado di determinare le proprietà della forza elettrostatica sviluppando una bilancia di torsione come strumento di studio, che consisteva in una barra appesa a una fibra con la capacità di torcersi e tornare alla sua posizione iniziale.
In questo modo, Coulomb potrebbe misurare la forza esercitata su un punto della barra posizionando diverse sfere cariche a distanze diverse per misurare la forza attrattiva o repellente mentre la barra ruotava.
Forza elettrostatica
La carica elettrica è una proprietà della materia ed è la causa dei fenomeni associati all'elettricità.
L'elettrostatica è la branca della fisica che studia gli effetti che si generano nei corpi in base alle loro cariche elettriche in equilibrio.
La forza elettrica (F) è proporzionale alle cariche che si uniscono ed è inversamente proporzionale alla distanza tra loro. Questa forza agisce tra le cariche radialmente, cioè una linea tra le cariche, quindi è un vettore radiale tra le due cariche.
Pertanto, due cariche dello stesso segno generano una forza positiva, ad esempio: - ∙ - = + o + ∙ + = +. D'altra parte, due cariche di segno opposto generano una forza negativa, ad esempio: - ∙ + = - oppure + ∙ - = -.
Tuttavia, due cariche con lo stesso segno si respingono (+ / - -), ma due cariche con segni diversi si attraggono (+ - / - +).
Esempio: se strofini un nastro di teflon con un guanto, il guanto è caricato positivamente e il nastro è caricato negativamente, quindi quando si avvicinano si attraggono. Ora, se strofiniamo un palloncino gonfiato con i nostri capelli, il palloncino si caricherà di energia negativa e quando viene avvicinato al nastro di teflon, entrambi si respingono perché hanno lo stesso tipo di carica.
Allo stesso modo, questa forza dipende dalla carica elettrica e dalla distanza tra loro, è un principio fondamentale dell'elettrostatica, nonché una legge applicabile alle cariche a riposo in un sistema di riferimento.
Vale la pena ricordare che per piccole distanze le forze delle cariche elettriche aumentano e per grandi distanze le forze delle cariche elettriche diminuiscono, cioè diminuiscono man mano che le cariche si allontanano l'una dall'altra.
magnitudo della forza
La grandezza della forza elettromagnetica è quella che colpisce i corpi che contengono una carica elettrica e che può portare a una trasformazione fisica o chimica poiché i corpi possono attrarsi o respingersi a vicenda.
Pertanto, la grandezza esercitata su due cariche elettriche è uguale alla costante del mezzo in cui si trovano le cariche elettriche per il quoziente tra il prodotto di ciascuna di esse e la distanza che le separa al quadrato.
La grandezza della forza elettrostatica è proporzionale al prodotto della grandezza delle cariche q1 perché2. La forza elettrostatica a distanza ravvicinata è molto potente.
Esempi di legge di Coulomb
Di seguito sono riportati diversi esempi di esercizi in cui dovrebbe essere applicata la legge di Coulomb.
Esempio 1
Abbiamo due cariche elettriche, una di +3c e una di -2c, separate da una distanza di 3m. Per calcolare la forza che esiste tra entrambe le cariche, è necessario moltiplicare la costante K per il prodotto di entrambe le cariche. Come si può vedere nell'immagine, è stata ottenuta una forza negativa.
Esempio illustrato di come applicare la legge di Coulomb:
Esempio 2
Abbiamo un carico 6 x 10-6C (q1) che dista 2 m da un carico -4 x 10-6C (q2). Quindi qual è la grandezza della forza tra queste due cariche?
per. I coefficienti vengono moltiplicati: 9 x 6 x 4 = 216.
b. Gli esponenti sono sommati algebricamente: -6 e -6 = -12. Ora -12 + 9 = -3.
Risposta: F = 54 x 10-3 n.
Esempi di esercizi
1. Abbiamo un carico di 3 x 10-6C (q1) e un altro carico di -8 x 10-6C (q2) a una distanza di 2 m. Qual è l'entità della forza di attrazione che esiste tra i due?
Risposta: F = 54 X 10-3 n.
2. Determinare la forza che agisce tra due cariche elettriche 1 x 10-6C (q1) e un altro carico 2,5 x 10-6C (q2), che sono a riposo e nel vuoto ad una distanza di 5 cm (ricordarsi di riportare i cm a m seguendo il Sistema Internazionale di Misure).
Risposta: F = 9 N.
