3. Kulona likums

Eksperimentāli pierādīts, ka dabā pastāv divu veidu elektriskie lādiņi. To varēja secināt, jo vienādi ķermeņi, uzlādēti vienā un tajā pašā veidā, atgrūdās, bet cits ķermenis, kurš tika uzlādēts ar citu paņēmienu, pievilkās pie iepriekš minētajiem. Lādiņi tika nosaukti par pozitīvu un negatīvu, tāpēc varam formulēt vienu no elektrostatikas pamatlikumiem.

 

 

 

Zinātniekus interesēja arī šo spēku kvantitatīvais raksturojums. Pirmajam šo problēmu visprecīzāk izdevās atrisināt franču zinātniekam Šarlam Ogistēnam Kulonam 1785. gadā. Viņš veica šādu eksperimentālu novērojumu:

$F=\frac{k{q}_1{q}_2}{R^2}$, kur

\(k \) - Kulona likuma konstante $k=9\cdot {10}^9\frac{N\cdot m^2}{C^2}$, dažos avotos lieto $k=\frac{1}{4\mathrm{\pi }{\mathrm{ϵ}}_0}$, kur ${\mathrm{ϵ}}_0=\mathrm{8,9}\cdot {10}^{-12}\frac{F}{m}$ elektriskā konstante
 

$q_1,q_2$ - elektrisko lādiņu lielums, \(C\) jeb kulonos
 

\(R\) - attālums starp punktveida lādiņiem, \(m\)

Fizikā šo lādētu ķermeņu elektriskās mijiedarbības spēku sauc par Kulona spēku.

 

Ja lādiņi mijiedarbojas kādā vidē (nevadošā, dielektriskā), tad Kulona likumu lietojam šādā veidā:

$F=\frac{k{q}_1{q}_2}{\mathrm{ϵ}{R}^2}$, kur $\mathrm{ϵ}$ - vides relatīvā dielektriskā caurlaidība - tabulārs lielums.

 

Lielums $\mathrm{ϵ}$ parāda, cik reizes Kulona spēks dotajā vidē ir mazāks nekā vakuumā, ja citi nosacījumi nemainās.

 

Kāpēc uzlādēti ķermeņi pievelk sīkus neitrālus priekšmetus? (Ķemme un sīki papīra gabaliņi)

 

Neitrālu vadītāju pievilkšanu var izskaidrot ar elektrostatiskās indukcijas palīdzību.
 

 
Tuvinot negatīvi uzlādētu nūjiņu vadītājam, brīvie elektroni vadītājā pārvietosies tālāk prom no negatīvās nūjiņas. Neitrālā vadītāja kopējais negatīvais elektriskais lādiņš (elektroni) atradīsies tālāk no nūjiņas nekā kopējais pozitīvais (protonu) lādiņš, kas savu vietu praktiski nemaina. (Summārais lādiņš, protams, paliek "0" jeb neitrāls). Kulona spēks ir atkarīgs no attāluma starp lādiņiem - jo mazāks attālums, jo lielāks mijiedarbības spēks. Tādēļ pievilkšanās spēki būs lielāki par atgrūšanās spēkiem. Ja visu uz ķermeni darbojošos spēku rezultējošais spēks vērsts nūjiņas virzienā, tad ķermenis uzsāks kustību nūjiņas virzienā.

 

Izmantojot uzlādētu nūjiņu vai ķemmi, ir iespēja "paripināt" tukšu skārdeni pa gluda galda virsmu.

 

Dielektriķu, izolatoru (papīra gabaliņu) pievilkšanos var izskaidrot, izmantojot ūdeņraža atoma modeli.

 

 

Normālos apstākļos var uzskatīt, ka kodols atrodas atoma centrā, un, pateicoties elektrona ātrajai kustībai ap to, lādiņš ir sadalīts vienmērīgi. Situācija mainīsies, ja atomam tuvinām negatīvi uzlādētu nūjiņu:

 

 

Elektrona kustības trajektorija izmainīsies - izstiepsies prom no nūjiņas. Tagad nūjiņai tuvāk atradīsies atoma pozitīvais lādiņš un spēcīgāki būs Kulona pievilkšanās spēki.