Prawo Coulomba

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Waga skręceń Coulomba

Prawo Coulomba – prawo fizyki, opisujące siłę oddziaływania elektrostatycznego ładunków elektrycznych. Zostało opublikowane w 1785 przez francuskiego fizyka Charlesa Coulomba.

Prawo Coulomba mówi, że siła wzajemnego oddziaływania dwóch punktowych ładunków elektrycznych jest wprost proporcjonalna do iloczynu tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi.

Siła oddziaływania ładunków jest siłą centralną i zachowawczą.

Historia[edytuj | edytuj kod]

  • W latach 1745–1756 badania siły oddziaływania między okładkami naładowanej butelki lejdejskiej prowadził gdańszczanin Daniel Gralath[1]. Nie sformułował on systematycznych zależności ilościowych.
  • W 1767 Joseph Priestley w książce The History and Present State of Electricity zauważył, że siły elektryczne są podobne do sił grawitacji[2], ale nie rozwinął tego tematu.
  • Prawdopodobnie pierwszym badaczem, który ilościowo określił siły oddziaływania między ładunkami, był Henry Cavendish, który w 1771 i 1776 napisał na temat zjawisk elektrycznych duże artykuły dla brytyjskiego Royal Society[3][4]. Prace te nie znalazły szerszego oddźwięku.
  • W 1785 Charles Coulomb opisał cykl prac, w których posługując się skonstruowaną przez siebie precyzyjną wagą skręceń, określił siły działające pomiędzy ładunkami elektrycznymi.

Sformułowanie prawa[edytuj | edytuj kod]

CoulombsLaw scal.svg

Wartość siły oddziaływań[edytuj | edytuj kod]

Wartość siły oddziaływania dwóch ciał punktowych (lub ciał kulistych równomiernie naładowanych) jest wprost proporcjonalna do wielkości ładunków i tych ciał, a odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Wartość siły dana jest wzorem:

,

gdzie:

– stała oddziaływań ładunków elektrycznych w próżni; w ogólnym przypadku w układzie SI stała wyraża się wzorem:
,

gdzie:

przenikalność elektryczna ośrodka,
względna przenikalność elektryczna ośrodka,
przenikalność elektryczna próżni.

Kierunek i zwrot siły oddziaływań[edytuj | edytuj kod]

Wektory sił oddziaływania dwóch ładunków jednoimiennych

Kierunek działania siły oddziaływania ładunków wyznacza prosta przechodząca przez oba te ładunki, natomiast zwrot określają znaki ładunków, tak że:

  • ładunki jednoimienne odpychają się,
  • ładunki różnoimienne przyciągają się.

Wektor siły oddziaływań[edytuj | edytuj kod]

Wektor siły, z jaką ciało naładowane A działa na ciało B można przedstawić wzorem:

,

gdzie poszczególne wielkości pokazane są na rysunku. Jeżeli i są wektorami wodzącymi odpowiednio ładunków i , wtedy , a prawo Coulomba wyraża wzór:

.

Potwierdzenie doświadczalne prawa Coulomba[edytuj | edytuj kod]

Prawo Coulomba zostało sformułowane jako prawo doświadczalne, a wielkość wykładnika przy w mianowniku równa 2 ma zasadnicze znaczenie. Jedynie przy jego wielkości równej dokładnie 2 strumień natężenia pola elektrycznego dla dowolnej powierzchni obejmującej dany ładunek nie zależy od wyboru powierzchni, co umożliwia sformułowanie prawa Gaussa dla pola elektrycznego[5]. Według aktualnych danych doświadczalnych wykładnik jest równy 2 z dokładnością co najmniej (2,7±3,1)⋅10−16[6].

Prawo Coulomba dla układu ładunków[edytuj | edytuj kod]

Przyjmując niezależność oddziaływań jednych ładunków od innych oddziaływań (zasada superpozycji), siła, z jaką układ ładunków punktowych , działa na ładunek punktowy znajdujący się w położeniu :

,

gdzie to położenie ładunku .

Dla ciągłego rozkładu ładunków sumowanie zmienia się na całkowanie po oddziaływaniach zachodzących między parami ładunków cząstkowych oraz , na jakie można podzielić oddziałujące ciała. Przykładowo, siła, z jaką ciało działa na ciało , można wyrazić wzorem:

,

gdzie – wektor łączący ładunki oraz .

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. Andrzej Januszajtis, Scientists In Old Gdańsk: 17th And 18th Centuries, TASK Quarterly, 5 No 3 (2001), ISSN 1428-6394
  2. Joseph Priestley,The History and Present State of Electricity, with original experiments. London, 1767. [1].
  3. Cavendish, Henry. An Attempt to Explain Some of the Principal Phaenomena of Electricity, by means of an Elastic Fluid. „Philosophical Transactions”. 61, s. 564–677, 1771. DOI: 10.1098/rstl.1771.0056. 
  4. Cavendish, Henry. An Account of Some Attempts to Imitate the Effects of the Torpedo by Electricity. „Philosophical Transactions”. 66, s. 195–225, 1776. DOI: 10.1098/rstl.1776.0013. 
  5. Andrzej Januszajtis: Pola. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1982. ISBN 83-01-01665-5.
  6. Williams, Faller, Hill. New Experimental Test of Coulomb’s Law: A Laboratory Upper Limit on the Photon Rest Mass. „Physical Review Letters”. 26, s. 721–724, 1971. DOI: 10.1103/PhysRevLett.26.721.