Закон Кулона

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Закон Кулона — один з основних законів електростатики, який визначає величину та напрямок сили взаємодії між двома нерухомими точковими зарядами. Експериментально з задовільною точністю був вперше доведений Генрі Кавендішем у 1773, який використовував метод сферичного конденсатору, але його роботи не були опубліковані. В 1785 році закон був встановлений Шарлем Кулоном за допомогою спеціальних крутильних вагів.

[ред.] Визначення

Електростатична сила взаємодії F12 двох точкових нерухомих зарядів q1 та q2 в вакуумі прямо пропорційна добутку абсолютних значень зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані r12 між ними.
\mathbf{F_{12}}=k\cdot\frac{q_1 \cdot q_2}{r^3} \mathbf{r_{12}},

Сила взаємодії направлена вздовж прямої, що з'єднує заряди, причому однойменні заряди відштовхуються, а різнойменні притягуються. Сили, що визначаються законом Кулона підлягають принципу суперпозиції.

Коефіціент пропорційності k має назву електростатичної сталої та залежить від вибору одиниць виміру. Так в Міжнародній системі одиниць СІ k=1/(4πε0) ≈ 8,987742438·109 Н·м2·Кл-2. В системі СГСЕ одиниця вимірювання заряду oбрана таким чином, що k=1.

Наступні умови є необхідними для виконання сформульованого закону:

  1. Точковість зарядів — відстань між зарядженими тілами має бути набагато більшою від розмірів тіл.
  2. Нерухомість зарядів. В протилежному випадку потрібно враховувати магнітне поле заряду, що рухається.

В орнорідному ізотропному середовищі сила взаємодії між зарядами зменшується в ε разів: k=\frac{1}{4\pi\varepsilon_0\varepsilon}, де ε діелектрична проникність середовища.

[ред.] Перевірка закону

Для макроскопічних відстаней при експериментах в земних умовах, що були проведені за методом Кавендіша, доведено що показник ступеню r в законі Кулона не може відрізнятися від 2 більш ніж на 6·10-16. Із експериментів по розсіянню альфа-часток виходить, що закон Кулона не порушується до відстаней 10-14 м. Але з іншого боку, для опису взаємодії заряджених часток на таких відстанях поняття, за допомогою яких формулюється закон (поняття сили, положення), втрачають сенс. В цій області просторових масштабів діють закони квантової механіки.

Закон Кулона можна вважати одним з наслідків квантової електродинаміки, в рамках якої взаємодія заряджених часток обумовлена обміном фотонами. Внаслідок цього, експерименти по перевірці висновків квантової електродинаміки можна вважати як досліди з перевірки закону Кулона. Так, експерименти з анігіляції електронів та позитронів свідчать, що відхилення від законів квантової електродинаміки не спостерігаються до відстаней 10-18 м.

[ред.] Джерела

  • Физическая энциклопедия. под ред. Прохорова А.М. — М.: "Советская энциклопедия", 1990.