Закон Кулона

Основний закон електростатики – закон взаємодії двох нерухомих точкових заряджених тіл або частинок. Заряд називається точковим, якщо формою та розміром заряду за даних умов можна нехтувати.

Шарль Кулон в 1785 р встановив закон, який справедливий при умові:

Заряджені тіла повинні бути точковими; розміри тіл набагато менші відстані між ними. Якщо розміри і відстань співмірні, то закон не може бути використаний. В цьому випадку необхідно подумки «розділити» тіло на такі малі об’єми, щоб кожен з них відповідав умові точковості. Сума сил, які діють між елементарними об’ємами заряджених тіл, дає можливість визначити електричну силу.
Заряджені тіла повинні бути нерухомими, тому що при русі заряджених тіл проявляється дія магнітного поля, яке з’являється в результаті цього руху.

Крутильні терези. При повідомлені кулькам однойменних зарядів вони починають відштовхуватись один одного. Щоб втримати на фіксованій відстані (мітці), пружній дріт треба закрутити на деякий кут. Кулон знайшов простий спосіб зміни заряду однієї з кульок в 2, 4, ... і більше рази, з’єднавши її з такою ж незарядженою кулькою. Заряд при цьому розподілявся порівну між кульками, що і зменшувало заряд, що спостерігали у відомому співвідношенні.

Закон Кулона: два точкові заряди q₁ і q₂, які розташовані на відстані r один від одного, взаємодіють з силою F, яка прямо пропорційна добутку модулів величин зарядів, обернено пропорційна квадрату відстані між ними і спрямована уздовж лінії, яка сполучає ці заряди

, де k - коефіцієнт пропорційності, який залежить від властивостей середовища.

Однойменні заряди відштовхуються (F>0), різнойменні - притягуються (F<0). Коефіцієнт пропорційності , де _о =8,8510^-12 - абсолютна діелектрична проникність, електрична постійна, яка відображена у фарадах на метр, а множник 4 введений для спрощення ряду інших формул. Таким чином, в СІ коефіцієнт пропорційності для вакууму = 910⁹ .

Якщо заряди знаходяться в середовищі, то сила взаємодії між ними - -закон Кулона в загальному вигляді.

Відносна діелектрична проникність  показує в скільки разів сила взаємодії між зарядами в середовищі менше ніж у вакуумі . Для вакууму =1, для середовища  >1, безрозмірна величина, значення якої для різних речовин приведені в таблицях довідників.

Якщо є декілька (більше два) електричних зарядів, то сила взаємодії між кожною парою цих зарядів не залежить від наявності всіх інших. Тому результуюча сила, яка діє на кожний заряд, складається за правилами складання векторів з сил, які діють на нього з боку всієї решти зарядів (принцип суперпозиції)

Приклади рішення задач:

Приклад 1. Тонка шовкова нитка витримує максимальну силу натягнення 10 мН. На цій нитці висить кулька масою 0,6 г, що має позитивний заряд 11 нКл. Знизу в напрямі лінії підвісу до нього підносять кульку, що має негативний заряд -13 нКл. На які відстані між кульками нитка розірветься?

Рішення.