Coulombov zakon

Izvor: Wikipedija
Skoči na: orijentacija, traži
Elektromagnetizam
VFPt Solenoid correct2.svg
Elektricitet · Magnetizam

Elektrostatička sila jedan je od temeljnih pojmova područja fizike i elektrotehnike. Temeljna svojstva elektrostatičke sile prvi je ispitao i objavio 1783. godine francuski fizičar Charles-Augustin de Coulomb otvorivši time put u jedno novo područje kasnije nazvano elektromagnetizam.


Coulombov zakon[uredi VE | uredi]

Djelovanje elektrostatičke sile opisano je u Coulombovom zakonu, premda je ovisnost elektrostatičke sile o kvadratu udaljenosti bila ustanovljena i ranije, no nije objavljena. U svojim pokusima Coulomb je koristio tzv. torziono njihalo, preteču torzione vage, napravu koja je mogla detektirati i usporediti vrlo male sile. Coulombov zakon u skalarnom obliku govori:

Coulombovo torziono njihalo

"Veličina elektrostatičke sile između dva točkasta naboja upravo je razmjerna umnošku veličine oba naboja i obrnuto razmjerna kvadratu udaljenosti r između njih" što se može izraziti na slijedeći način:

 F  \sim  \frac{{q_1}{q_2}}{r^2}. \,

gdje su q1 i q2 dva točkasta naboja. Kako bi povezao sustav mehaničkih sila, već dobro poznat u to vrijeme, sa sustavom elektrostatičkih sila, Coulomb je uveo konstantu proporcionalnosti (kasnije nazivanu i "Coulombova " konstanata) gdje možemo zapisati da je:

F = k_\mathrm{e} \frac{q_1q_2}{r^2}

gdje je kasnije Coulombova konstanta povezana s drugim fizikalnim konstantama i iznosi:


k_{\mathrm{e}} = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} = \frac{\mu_0\ {c_0}^2}{4 \pi}
= 8.987\ 551\ 787\ 368\ 176\ 4 \times 10^9 \ \mathrm{N  \cdot m^2 \cdot C^{-2}},

gdje je ε0 dielektričnost vakuuma, μ0 permeabilnost vakuuma, a c0 brzina svjetla u vakuumu.

Elektrostatička sila kao vektor[uredi VE | uredi]

Istoimeni električni naboji se djelovanjem elektrostatičke sile odbijaju, a naboji suprotnog predznaka privlače.

Elektrostatičku silu ne možemo opisati samo veličinom jer ona u prostoru ima i svoj smjer te Coulombov zakon možemo izraziti i u vektorskom obliku:

\mathbf{F}(\mathbf{r}) = \frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{q}{r^2}\frac\mathbf{r}{r}

gdje je \mathbf{r} vektorom izražena udaljenost između dva naboja. Ovo je ustvari skalarna definicija Coulombovog zakona kojoj je dodan smjer po pravcu na kojem leže točkasti naboji. Ukoliko su naboji različitog predznaka, tada vektor pokazuje u smjeru jednog naboja prema drugome, a ukoliko su istog predznaka pokazuje u suprotnom smjeru.Razmatramo li elektrostatičke sile u nekom dielektričkom materijalu, a ne vakuumu, valja uzeti u obzir i relativnu dielektričku konstantu tvari u kojoj se nalaze naboji.

Coulombov zakon vrijedi za električne naboje u mirovanju. Ukoliko se električni naboji gibaju, valja uzeti u obzir i međusobni utjecaj magnetskih polja što proističe iz Maxwellovih jednadžbi.


Izvori[uredi VE | uredi]

  • David J. "Introduction to Electrodynamics", Prentice Hall, 1998. ISBN 0-13-805326-X
  • Tipler, Paul, "Physics for Scientists and Engineers: Electricity, Magnetism, Light, and Elementary Modern Physics", W. H. Freeman, 2004. ISBN 0-7167-0810-8
  • Robert S. Elliott, "Electromagnetics: History, Theory, and Applications", 1999. ISBN 978-0-7803-5384-8,