Ποια είναι η δύναμη Coulombs μεταξύ δύο φορτίων που τοποθετούνται σε διαφορετικά μέσα;

Δείτε πώς μπορείτε να κατανοήσετε τη δύναμη του Coulomb μεταξύ δύο φορτίων σημείων που τοποθετούνται σε διαφορετικά μέσα:

Ο νόμος του Coulomb σε κενό

Η θεμελιώδης σχέση για τη δύναμη του Coulomb μεταξύ των δύο σημείων σε ένα κενό είναι:

* f =k * (q1 * q2) / r²

Οπου:

* f είναι η δύναμη (στο Newton, n)

* k είναι η σταθερά του Coulomb (περίπου 8.98755 × 10⁹ n⋅m²/c²)

* Q1 και q2 είναι τα μεγέθη των δύο φορτίων (στο Coulombs, C)

* r είναι η απόσταση μεταξύ των χρεώσεων (σε μέτρα, m)

Η επίδραση των διηλεκτρικών υλικών

Όταν τοποθετείτε χρεώσεις σε διαφορετικά διηλεκτρικά υλικά (μονωτήρες), η δύναμη μεταξύ τους αλλάζει λόγω ενός φαινομένου που ονομάζεται πόλωση . Δείτε πώς λειτουργεί:

1. πόλωση: Το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται από τις χρεώσεις προκαλεί την ευθυγράμμιση των μορίων του διηλεκτρικού υλικού. Αυτή η ευθυγράμμιση δημιουργεί ένα αντίπαλο ηλεκτρικό πεδίο μέσα στο υλικό.

2. Μειωμένη δύναμη: Το αντίθετο ηλεκτρικό πεδίο από το πολωμένο διηλεκτρικό ακυρώνει εν μέρει το αρχικό ηλεκτρικό πεδίο από τις χρεώσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια * μειωμένη * δύναμη μεταξύ των φορτίων.

Η διηλεκτρική σταθερά (κ

Ο βαθμός στον οποίο ένα διηλεκτρικό υλικό μειώνει τη δύναμη μεταξύ των φορτίων ποσοτικοποιείται από τη διηλεκτρική σταθερά (κ) . Μια υψηλότερη διηλεκτρική σταθερά σημαίνει ότι η δύναμη μειώνεται πιο σημαντικά.

* κ =1 για κενό

* κ> 1 Για όλα τα άλλα υλικά (π.χ. νερό έχει κ από περίπου 80)

Τροποποίηση του νόμου του Coulomb για διηλεκτρικά υλικά

Για να υπολογίσουμε το διηλεκτρικό υλικό, τροποποιούμε το νόμο του Coulomb:

* f =(k / κ) * (q1 * q2) / r²

Παράδειγμα

Φανταστείτε ότι έχετε δύο χρεώσεις, Q1 και Q2, χωρισμένα από απόσταση R σε κενό. Τώρα τα τοποθετείτε σε ένα υλικό με διηλεκτρική σταθερά κ =4. Η δύναμη μεταξύ τους θα μειωθεί στο ένα τέταρτο της αρχικής του αξίας.

Σημαντικές σημειώσεις

* Διαφορετικές διηλεκτρικές σταθερές: Εάν οι χρεώσεις είναι σε διαφορετικά υλικά με διαφορετικές διηλεκτρικές σταθερές, θα πρέπει να εξετάσετε την αποτελεσματική διηλεκτρική σταθερά του μέσου μεταξύ των φορτίων.

* Περισσότερες πολύπλοκες καταστάσεις: Για πιο περίπλοκα σενάρια (χρεώσεις σε διαφορετικά σχήματα κ.λπ.), ίσως χρειαστεί να χρησιμοποιήσετε πιο προηγμένες τεχνικές όπως η επίλυση για την κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου μέσα στα υλικά.

Επιτρέψτε μου να ξέρω αν θέλετε ένα πιο συγκεκριμένο παράδειγμα ή να έχετε περαιτέρω ερωτήσεις!