Закон Кулона — один із фундаментальних законів фізики, який пояснює взаємодію електрично заряджених тіл. Його значення важко переоцінити, адже саме на ньому базується розуміння електростатики та багатьох явищ у природі й техніці. Завдяки цьому закону стало можливим пояснити будову атома, роботу електричних приладів і розвиток сучасних технологій.
Розуміння цієї теми є дуже важливим для вивчення шкільної програми. Репетитор фізики в онлайн-школі TeachMe може допомогти вам добре зрозуміти закон Кулона, щоб ви могли легко використовувати ці знання у подальших темах з фізики.
Визначення та формулювання закону Кулона
Французький фізик Шарль Огюстен де Кулон у XVIII столітті експериментально довів, що між двома точковими зарядами виникає сила взаємодії. Вона прямо пропорційна добутку зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.
Формулювання закону Кулона:
Сила взаємодії між двома точковими електричними зарядами прямо пропорційна добутку їхніх зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.
Корисна інформація про закон Кулона
Важливо знати, що:
1. Сила кулонівської взаємодії може бути як притягальною (якщо заряди різнойменні), так і відштовхувальною (якщо однойменні).
2. Закон Кулона діє лише для нерухомих (статичних) зарядів. Коли заряди рухаються, до розрахунків додаються магнітні ефекти.
3. Закон Кулона є аналогом закону всесвітнього тяжіння Ньютона, але описує електричні, а не гравітаційні сили.
4. У вакуумі сила взаємодії максимальна. В інших середовищах вона зменшується залежно від діелектричної проникності.
Формула закону Кулона
Математичний запис закону Кулона виглядає так:
F = k × (q₁ × q₂) / r², де:
F — сила взаємодії (Н),
q₁, q₂ — значення зарядів (Кл),
r — відстань між зарядами (м),
k — коефіцієнт пропорційності, який у вакуумі дорівнює 9 × 10⁹ Н × м²/Кл².
Ця формула дозволяє обчислювати силу, з якою взаємодіють заряди, і показує, що навіть невеликі електричні заряди можуть створювати дуже великі сили.
Застосування закону Кулона
Закон Кулона — це основа електростатики, але його значення виходить далеко за межі шкільних задач. Він використовується як у фундаментальних дослідженнях, так і в практичних технологіях:
1. Будова атома і молекул.
Закон Кулона пояснює притягання електронів до позитивно зарядженого ядра атома. Також він описує сили між іонами у кристалічних ґратках (наприклад, у солі).
2. Електротехніка та електроніка.
Закон лежить в основі розрахунку електричних полів, конденсаторів, напівпровідникових приладів. Без нього неможливе проектування сучасних електронних пристроїв.
3. Хімія та біологія.
Сили електростатичної взаємодії пояснюють утворення водневих зв’язків, стабільність білкових молекул та функціонування клітинних мембран.
4. Промисловість.
На основі закону Кулона працюють електростатичні фільтри, які очищують повітря від пилу й диму, копіювальні апарати, принтери та технології електростатичного фарбування.
5. Астрономія та фізика плазми.
Він застосовується для опису взаємодії заряджених частинок у космосі, у зоряних атмосферах та плазмових установках.
6. Повсякденні явища.
Закон пояснює, чому волосся відштовхується від гребінця після розчісування, чому одяг іноді «іскрить» після прання чи чому легкі предмети притягуються до ебонітової палички, потертої об хутро.
Таким чином, закон Кулона допомагає зрозуміти як мікросвіт атомів і молекул, так і глобальні процеси у Всесвіті. Його застосування охоплює фізику, хімію, біологію, техніку й навіть наше повсякденне життя.
