Επιβολή πολλαπλών χρεώσεων
Κάθε άτομο έχει ένα φορτίο. Ένα άτομο λέγεται ότι είναι φορτισμένο εάν έχει ανομοιόμορφη ποσότητα ηλεκτρονίων και πρωτονίων. ένα άτομο λέγεται ότι είναι θετικά φορτισμένο εάν έχει λιγότερα ηλεκτρόνια από πρωτόνια. και φορτίζεται αρνητικά εάν έχει περισσότερα ηλεκτρόνια από πρωτόνια.
Τα σώματα φορτίζονται με διάφορους τρόπους, ο πιο συνηθισμένος από τους οποίους είναι το τρίψιμο. Όταν τρίβετε μια πλαστική χτένα στα μαλλιά σας, μαζεύει ηλεκτρόνια. αλλά, αν έχουμε μικρά κομμάτια χαρτιού δίπλα στη χτένα, τα τραβάει όπως ένας μαγνήτης έλκει ρινίσματα σιδήρου, επειδή τα ηλεκτρόνια προσελκύουν το θετικό φορτίο στο χαρτί. Αυτή είναι η δύναμη της φόρτισης.
Δύναμη μεταξύ χρεώσεων
Όταν αγγίζετε μια πλαστική χτένα ή μια πλαστική ζυγαριά στα μαλλιά σας και στη συνέχεια τα φέρνετε κοντά σε μικρά κομμάτια χαρτιού, το πλαστικό σώμα λειτουργεί σαν μαγνήτης, προσελκύοντας το χαρτί στον εαυτό του.
Επειδή το πλαστικό σώμα κερδίζει ηλεκτρόνια από τα μαλλιά σας όταν τρίβονται πάνω τους, έχει ισχυρότερο αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο. Τα αρνητικά φορτία προσελκύουν θετικά φορτία που υπάρχουν ήδη στα μικροσκοπικά κομμάτια χαρτιού, με αποτέλεσμα να προσκολλώνται στο πλαστικό σώμα. Η δύναμη των φορτίων που δρουν πάνω τους προκαλεί την έλξη ή την απώθηση διαφορικά φορτισμένων πραγμάτων.
Υπάρχουν οι κανόνες που βοηθούν στην εύρεση της δύναμης μεταξύ πολλαπλών φορτίσεων. Είναι:
- Νόμος του Coulomb
- Αρχή της υπέρθεσης
Νόμος του κουλόμπ
«Η δύναμη μεταξύ των φορτίων δύο σημείων μεταβλήθηκε αντιστρόφως καθώς το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ των φορτίων, ήταν ευθέως ανάλογη με το γινόμενο του μεγέθους των δύο φορτίων και δρούσε κατά μήκος της γραμμής που συνδέει τα δύο φορτία», σύμφωνα με το νόμο του Coulomb. Ο τύπος για τη δύναμη, σύμφωνα με τη δήλωση, είναι:
F=kq1q2r2
Πού,
Ανάλογα με τα φορτία, το F είναι το μέγεθος της δύναμης έλξης ή απώθησης.
Η σταθερά του Κουλόμπ είναι k. Η τιμή του k σε μονάδες SI είναι 9109
Τα μεγέθη δύο φορτίων είναι q1 και q2.
Η απόσταση μεταξύ δύο φορτίων συμβολίζεται με r.
Fe=kq1q2r2
Ο Κουλόμπ υπολόγισε το ποσό της ηλεκτρικής δύναμης χρησιμοποιώντας μια ισορροπία στρέψης για να μετρήσει τη δύναμη μεταξύ φορτισμένων αντικειμένων (η ισορροπία στρέψης είναι μια συσκευή που μετρά τη βαρυτική επιτάχυνση στην επιφάνεια της Γης). Αυτή η δύναμη λοιπόν αποδείχθηκε πειραματικά ανάμεσα σε δύο στατικά φορτισμένα σωματίδια. Οτιδήποτε δεν κινείται ή δεν αλλάζει μέσα στο χρόνο αναφέρεται ως στατικό.
Ως αποτέλεσμα, το k συντομεύεται ως k =14π0Ο τροποποιημένος τύπος του Coulomb γράφεται ως εξής:
F=14π0q1q2r2
Πού,
Η διαπερατότητα του ελεύθερου χώρου (ή, για να το θέσω αλλιώς, η ικανότητα ενός υλικού/μέσου να επιτρέπει ή να μεταδίδει ένα ηλεκτρικό πεδίο) είναι 0.
Η αρχή της υπέρθεσης
Η δύναμη σε οποιοδήποτε φορτίο που οφείλεται σε έναν αριθμό άλλων φορτίων είναι το διανυσματικό άθροισμα όλων των δυνάμεων σε αυτό το φορτίο λόγω των άλλων φορτίων, που λαμβάνονται ένα κάθε φορά, όπως αποδείχθηκε πειραματικά. Λόγω της παρουσίας άλλων φορτίων, οι ξεχωριστές δυνάμεις παραμένουν ανεπηρέαστες. Αυτό είναι γνωστό ως η αρχή της υπέρθεσης.
Επειδή η δύναμη είναι ένα διανυσματικό μέγεθος, είναι σημαντικό να λαμβάνεται υπόψη η κατεύθυνση κατά τη διατύπωση του τύπου όταν υπάρχουν δυνάμεις που δρουν από πολλά φορτία. Εξετάστε τις ακόλουθες πηγές τριών σημείων στο κενό:q1, q2 και q3. Πρέπει να αθροίσουμε τις δυνάμεις που δρουν στο q1 από το q2 και το q3 για να πάρουμε τη συνολική δύναμη που ασκείται στο q1. Για τη δύναμη που ασκείται στο q1 από το q2:
F12 =140 q1q2r12×r12 r12
Και τότε βρίσκουμε τη δύναμη μεταξύ των φορτίων q1 και q3 ως:
F13 =140 q1q3r13×r13 r13
Τότε το σύνολο στο φορτίο q1 είναι το άθροισμα αυτών των δυνάμεων.
F = F12 + F13
Σύμφωνα με τη δήλωση της αρχής της υπέρθεσης, η δύναμη που ασκείται από το q1on q2 θα είναι ίδια με το νόμο του Coulomb και αυτή η δύναμη δεν θα επηρεαστεί από την παρουσία άλλων σημειακών πηγών όπως q3, q4…. qn. Ως αποτέλεσμα, θα πρέπει να προσθέσουμε το διανυσματικό άθροισμα όλων των δυνάμεων - για να υπολογίσουμε τη συνολική δύναμη «F» που βιώνεται από το q1. Το διανυσματικό άθροισμα όλων των γινομένων υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον παραλληλόγραμμο νόμο της πρόσθεσης διανυσμάτων. Μπορούμε να δούμε ότι η κατανόηση των δυνάμεων που δρουν από πολλές φορτισμένες πηγές σε ένα μόνο φορτισμένο σημείο απαιτεί συνδυασμό τόσο της εξίσωσης του Coulomb όσο και της ιδέας της υπέρθεσης.
Ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα συμφωνεί με τον νόμο του Κουλόμπ
Η δύναμη που αισθάνεται ένα φορτισμένο σωματίδιο είναι ανάλογη με το μέγεθος της άλλης φορτισμένης πηγής και αντιστρόφως ανάλογη με την απόσταση μεταξύ των κέντρων των δύο φορτισμένων σημειακών πηγών.
Όταν υπάρχουν πολλές φορτισμένες σημειακές πηγές, η δύναμη σε μία μόνο σημειακή πηγή αθροίζεται αφού η δύναμη κάθε σημειακής πηγής λειτουργεί σε ένα φορτισμένο σημείο ανεξάρτητα.
Η πολικότητα ενός φορτίου υποδεικνύεται από το πρόσημο και όχι από τη δύναμή του. Η δύναμή του καθορίζεται από το μέγεθός του. Για να κατανοήσουμε την έλξη ή την απώθηση μεταξύ των φορτίων, χρησιμοποιείται το θετικό ή αρνητικό πρόσημο.
Συμπέρασμα
Τα σώματα φορτίζονται με διάφορους τρόπους, ο πιο συνηθισμένος από τους οποίους είναι το τρίψιμο. Όταν τρίβετε μια πλαστική χτένα στα μαλλιά σας, μαζεύει ηλεκτρόνια. Όταν αγγίζετε μια πλαστική χτένα ή μια πλαστική ζυγαριά στα μαλλιά σας και στη συνέχεια τα φέρνετε κοντά σε μικρά κομμάτια χαρτιού, το πλαστικό σώμα λειτουργεί σαν μαγνήτης, προσελκύοντας το χαρτί στον εαυτό του. Όταν υπάρχουν πολλαπλά φορτία, σύμφωνα με το νόμο του Coulomb, η δύναμη ασκείται πάντα ευθεία ή ακτινικά από τα δύο κέντρα της σημειακής πηγής.
