Закон Кулона – лекція

Для більш глибокого розуміння електричних явищ необхідно познайомитися з кількісним законом взаємодії електричних зарядів, т. є. З’ясувати, як залежить сила, що діє між зарядженими тілами, від зарядів на них і від відстані між ними.

Взаємодія заряджених тіл виражається особливо просто, якщо їх розміри дуже малі в порівнянні з відстанню між ними. Такі заряджені тіла ми будемо називати точковими зарядами. Наближено точкові заряди можна отримати на досвіді, заряджаючи досить маленькі тіла, наприклад кульки.

Закон взаємодії двох точкових зарядів був встановлений на досвіді в 1785 р французьким фізиком Шарлем Кулоном (1736-1806). Пристрій приладу, з яким Кулон справив свої досліди, показано на рис. 19, а. На дуже тонкою пружною нитки 1 підвішений за середину легкий добре ізолюючий стрижень 2, що має на одному кінці проводить кульку 3, а на іншому диск 4, службовець противагою і заспокоювачем. Верхній кінець нитки закріплений на поворотній голівці приладу, кут повороту якої можна точно вимірювати. Всередині приладу є другий, такий же кулька 5, укріплений на ізолюючої ніжці 6. Зазначені частини укладені в великий скляний циліндр, що оберігає стрижень від руху повітря. На поверхні циліндра нанесена шкала, що дозволяє визначити відстань між кульками 3 і 5 при різних їх положеннях.

 

Свої досліди сам Кулон описує таким чином: «Заряджають маленький провідник, який являє собою не що інше, як звичайну шпильку з великою голівкою, увіткнути в паличку сургучу. Цю шпильку всувають в отвір приладу і призводять до зіткнення з одним кулькою, який в свою чергу стосується іншого кульки. Після видалення шпильки обидві кульки мають однакові заряди і відштовхуються на деяку відстань, яке вимірюють, відзначаючи відповідне поділ шкали. Обертаючи потім покажчик головки в напрямку стрілки, закручують нитка підвісу і помічають ті відстані, до яких зближуються кульки при різних кутах закручування нитки. Порівнюючи потім різні значення сили кручення з відповідними їм відстанями між кульками, отримують закон відштовхування ».

Надходячи таким чином, Кулон вирішив першу частину завдання: він знайшов закон, що визначає залежність сили електричного взаємодії від відстані між тілами. Виявилося, що сила відштовхування двох маленьких однойменно заряджених кульок обернено пропорційна квадрату відстані між центрами обох кульок. Якщо позначити через силу відштовхування, через – відстань між кульками, то цей результат можна записати математично так: (знак позначає «пропорційно»). Точно такі ж результати були отримані для різнойменних зарядів, тільки в цьому випадку спостерігається тяжіння.

Важче було з’ясувати, яким чином впливають на силу взаємодії заряди, бо не було способу їх вимірювання. Можна було, однак, вчинити так: повідомити кулькам однойменні заряди і (поки невідомі), встановити обидві кульки на певній відстані і виміряти кут закручування нитки, потім торкнутися, скажімо, першого кульки таким же третім кулькою і видалити його. При зіткненні однакових кульок заряд розподілиться між ними порівну, так що на кульці, якого торкнулися, залишиться заряд. Тепер буде спостерігатися взаємодія зарядів і. Роблячи таким чином і далі, можна було ділити заряди будь-якого з кульок і вимірювати відповідні сили взаємодії.

Подібні досліди привели Кулона до встановлення наступного закону.

Сила взаємодії двох точкових зарядів направлена ​​вздовж прямої лінії, що з’єднує заряди, прямо пропорційна добутку обох зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.

Посилання на основну публікацію