Кулон заңы

Кулон заңы — екі нүктелік электрикалық зарядтардың өзара әсерін сиппаттайтын заң. Тыныштықтағы екі нүктелік зарядталған денелердің өзара әсерлесу заңы бүкіл әлемдік заңға ұқсас деген пікірлер ХVIII-ғасырдың ортасында туа бастады. Осы пікірдің дұрыстығын 1785 жылы француз ғалымы Ш.Кулон дәлелдеді. Кулон заңы бойынша

тыныштықтағы екі нүктелік зарядтар зарядтардың модульдерінің көбейтіндісіне тура пропорционал, ара қашықтықтың квадратына кері пропорционал, таңбасы зарядтардың таңбаларының көбейтіндісімен бірдей, ал бағыты екі зарядты қосатын түзу бойымен бағыттас күшпен өзара әсер етеді.

Кулон тәжірбиесі

Ол жіңішке серпімді сымға ілінген және шыны цилиндр тәрізді ыдыста орналастырылған шыны таяқшадан тұратын қондырғы-иірілмелі таразыны қолданды.Таяқшаның бір ұшына кішкене металл шар бекітті,ал екінші ұшына оны теңгеріп тұратын жүк ілді.Жіптің жоғарғы ұшын оның ширатылу бұрышын анықтауға арналған бөліктері бар шкалаға бекітті.Ыдыс тығынындағы саңылау арқылы дәл сондай басқа сынақ шар енгізді.Содан соң шарларға оң заряд берді және олар бір-бірімен өзара әрекеттесті.Ал олардың әрекеттесу күшінің шамасын жіптің ширатылу бұрышына қарап анықтады. Өлшемдері электрленген шардың өлшемдерімен бірдей,заряды жоқ үшінші шардың көмегімен Кулон алдыңғысының зарядын тең екіге бөлді. Осылайша,Кулон тәжірбиелерін қорыта келе,шарлардың өзара әрекеттесу күші олардың арақашықтығының квадратына кері,ал шарлардың зарядтарының көбейтіндісіне пропорционал екенін анықтады. Әрі,олардың әрекеттесу күші әр ортада әртүрлі екенін байқап,ортаның диэлектрлік өтімділігі деген шама енгізді.Ол әр ортада әртүрлі мәнге ие. Оған қоса,Кулон электр тұрақтысы деген шаманы енгізді

Заң орындалу үшін мына шарттар орындалуы маңызды:

1. зарядтардың нүктеде болуы, яғни зарядталған денелер ара қашықтығы олардың өздерінің өлшемінен әлдеқайда үлкен болу керек — әйтсе де сфералық симметриялы бір бірімен қиылыспайтын көлемді үлестірілген зарядты екі дене өзара әсер ететін күші сол денелердің симметриялық ортасында орналасқан эквивалентті нүктелік зарядтардың әсер ететін күшіне тең екенін дәлелдеуге болады;
2. олар тыныштықта, қозғалыссыз болуы. Болмаса басқа да күштер пайда болады: қозғалмалы зарядтың және оған сәйкес басқа қозғалмалы зарядқа әсер ететін Лоренц күші;
3. вакуумда орналасулары керек.

Дегенмен аздаған өзгерістермен заң ортада және қозғалмалы зарядтар үшін де орындалады.

Векторлы түрде Ш. Кулон заңы тұжырымы былай жазылады:

${\displaystyle {\vec {F}}_{12}=k\cdot {\frac {q_{1}\cdot q_{2}}{r_{12}^{2}}}\cdot {\frac {{\vec {r}}_{12}}{r_{12}}},}$

мұндағы ${\displaystyle {\vec {F}}_{12}}$ — 1 заряд 2 зарядқа әсер ететін күш; ${\displaystyle q_{1},q_{2}}$ — зарядтар шамасы; ${\displaystyle {\vec {r}}_{12}}$ — радиус-вектор (модулә ${\displaystyle r_{12}}$-ге тең 1 зарядтан 2 зарядқа бағытталған вектор); ${\displaystyle k}$ — пропорционалдық коэффициенті. Осылайша, заңға сәйкес біртекті зарядтар бір-бірін итереді (ал әртекті — тартады).

${\displaystyle k}$ коэффициенті

заряд өлшем бірлігі k коэффициенті бірге тең болатындай алынған.

Халықаралық (СИ) бірліктер жүйесінде негізгі бірліктердің бірі электрлік ток күші ампер, ал зарядтікі оның туындысынан — кулон болып табылады. Ампер шамасы k = c²·10⁻⁷/м = 8,9875517873681764×10⁹Н·м²/Кл² (немесе Ф⁻¹·м) алынған. СИ-де коэффициент k былай жазылады:

${\displaystyle k={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}},}$

мұндағы ${\displaystyle \varepsilon _{0}}$ ≈ 8,854187817×10⁻¹² Ф/м — электрлік тұрақты.

Біртекті изотроптық затта формуланың бөлімінде ортаның көрсеткіші ε пайда болады.

-та

${\displaystyle k={\frac {1}{\varepsilon }}.}$

СИ-де

${\displaystyle k={\frac {1}{4\pi \varepsilon \varepsilon _{0}}}.}$

Дереккөздер

1. , . Т. 2 Теория поля. — 8-е изд., стереот. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. — 536 с. — ISBN 5-9221-0056-4 (Т. 2), Гл. 5 Постоянное электромагнитное поле, п. 38 Поле равномерно движущегося заряда, с 132