कूलम्ब का नियम, परिभाषा और सूत्र - विद्युत बिंदु आवेश और उनकी परस्पर क्रिया

आवेशित पिंडों के बीच एक अंतःक्रियात्मक बल होता है जिसके कारण वे एक दूसरे को आकर्षित या प्रतिकर्षित कर सकते हैं। कूलम्ब का नियम इस बल का वर्णन करता है, शरीर के आकार और आकार के आधार पर, इसकी क्रिया की डिग्री को दर्शाता है। इस लेख में इस भौतिक नियम पर चर्चा की जाएगी।

स्थिर बिंदु शुल्क

कूलम्ब का नियम स्थिर पिंडों पर लागू होता है जो अन्य वस्तुओं से उनकी दूरी से बहुत छोटे होते हैं। ऐसे निकायों पर एक बिंदु विद्युत आवेश केंद्रित होता है। शारीरिक समस्याओं को हल करते समय, माना निकायों के आयामों की उपेक्षा की जाती है, क्योंकि वे वास्तव में मायने नहीं रखते।

व्यवहार में, आराम पर बिंदु शुल्क निम्नानुसार दर्शाया गया है:

इस मामले में क्यू₁ और क्यू₂ - ये है सकारात्मक विद्युत आवेश, और कूलम्ब बल उन पर कार्य करता है (चित्र में नहीं दिखाया गया है)। बिंदु सुविधाओं का आकार कोई फर्क नहीं पड़ता।

टिप्पणी! आराम के शुल्क एक दूसरे से एक निश्चित दूरी पर स्थित होते हैं, जिसे समस्याओं में आमतौर पर r अक्षर से दर्शाया जाता है। आगे लेख में, इन शुल्कों पर निर्वात में विचार किया जाएगा।

चार्ल्स कूलम्ब का मरोड़ संतुलन

1777 में कूलम्ब द्वारा विकसित इस उपकरण ने बाद में उनके नाम पर बल की निर्भरता को कम करने में मदद की। इसकी मदद से, बिंदु आवेशों के साथ-साथ चुंबकीय ध्रुवों की परस्पर क्रिया का अध्ययन किया जाता है।

एक मरोड़ संतुलन में एक ऊर्ध्वाधर विमान में स्थित एक छोटा रेशमी धागा होता है जिसमें से एक संतुलित लीवर लटका होता है। प्वाइंट चार्ज लीवर के सिरों पर स्थित होते हैं।

बाहरी बलों की कार्रवाई के तहत, लीवर क्षैतिज रूप से चलना शुरू कर देता है। लीवर विमान में तब तक गति करेगा जब तक कि यह धागे के लोचदार बल द्वारा संतुलित न हो जाए।

आंदोलन की प्रक्रिया में, लीवर एक निश्चित कोण से ऊर्ध्वाधर अक्ष से विचलित हो जाता है। इसे d के रूप में लिया जाता है और इसे घूर्णन कोण कहा जाता है। इस पैरामीटर के मूल्य को जानने के बाद, उत्पन्न होने वाली ताकतों के टोक़ का पता लगाना संभव है।

चार्ल्स कूलम्ब का मरोड़ संतुलन इस तरह दिखता है:

आनुपातिकता कारक k और विद्युत स्थिरांक

कूलम्ब के नियम के सूत्र में पैरामीटर हैं k - आनुपातिकता का गुणांक या विद्युत स्थिरांक है। विद्युत स्थिरांक कई संदर्भ पुस्तकों, पाठ्यपुस्तकों, इंटरनेट में प्रस्तुत किया गया है, और इसे गिनने की आवश्यकता नहीं है! वैक्यूम आनुपातिकता कारक के आधार पर प्रसिद्ध सूत्र द्वारा ज्ञात किया जा सकता है:

यहां विद्युत स्थिरांक है,

- पाई,

निर्वात में आनुपातिकता का गुणांक है।

अतिरिक्त जानकारी! ऊपर प्रस्तुत किए गए मापदंडों को जाने बिना, यह दो बिंदु विद्युत आवेशों के बीच परस्पर क्रिया के बल को खोजने का काम नहीं करेगा।
कूलम्ब के नियम का निरूपण और सूत्र

उपरोक्त को संक्षेप में प्रस्तुत करने के लिए, इलेक्ट्रोस्टैटिक्स के मुख्य कानून का आधिकारिक सूत्रीकरण देना आवश्यक है। यह रूप लेता है:

निर्वात में दो बिन्दु आवेशों की परस्पर क्रिया का बल इन आवेशों के गुणनफल के समानुपाती होता है और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। इसके अलावा, शुल्क के उत्पाद को मोडुलो लिया जाना चाहिए!

इस सूत्र में q₁ और क्यू₂ बिंदु शुल्क हैं, माना निकाय; आर² - वर्ग में ली गई इन पिंडों के बीच की दूरी; k आनुपातिकता का गुणांक है ( वैक्यूम के लिए)।

कूलम्ब बल की दिशा और सूत्र का सदिश रूप

सूत्र की पूरी समझ के लिए, कूलम्ब के नियम की कल्पना की जा सकती है:

एफ_1,2 - दूसरे के संबंध में पहले आवेश की परस्पर क्रिया का बल।

एफ_2,1 - पहले के संबंध में दूसरे आवेश की परस्पर क्रिया का बल।

इसके अलावा, इलेक्ट्रोस्टैटिक्स की समस्याओं को हल करते समय, एक महत्वपूर्ण नियम को ध्यान में रखना आवश्यक है: एक ही नाम के विद्युत आवेश प्रतिकर्षित होते हैं, और विपरीत आवेश आकर्षित होते हैं। आकृति में अन्योन्यक्रिया बलों का स्थान इस पर निर्भर करता है।

यदि विपरीत आरोपों पर विचार किया जाता है, तो उनकी बातचीत की ताकतों को उनके आकर्षण को दर्शाते हुए एक दूसरे की ओर निर्देशित किया जाएगा।

सदिश रूप में इलेक्ट्रोस्टैटिक्स के मूल नियम के सूत्र को निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है:

बिंदु आवेश q1 पर आवेश q2 की ओर से कार्य करने वाला बल है,

चार्ज q2 को चार्ज q1 से जोड़ने वाला त्रिज्या वेक्टर है,

महत्वपूर्ण! सूत्र को सदिश रूप में लिखने के बाद, संकेतों को सही ढंग से लगाने के लिए दो बिंदु विद्युत आवेशों की परस्पर क्रिया करने वाले बलों को अक्ष पर प्रक्षेपित करने की आवश्यकता होगी। यह क्रिया एक औपचारिकता है और अक्सर बिना किसी नोट के मानसिक रूप से की जाती है।

जहां व्यवहार में कूलम्ब का नियम लागू होता है

इलेक्ट्रोस्टैटिक्स का मूल नियम चार्ल्स कूलम्ब की सबसे महत्वपूर्ण खोज है, जिसने कई क्षेत्रों में अपना आवेदन पाया है।

प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी के कार्यों का उपयोग विभिन्न उपकरणों, उपकरणों, उपकरणों के आविष्कार की प्रक्रिया में किया गया था। उदाहरण के लिए, एक बिजली की छड़।

बिजली की छड़ की मदद से आवासीय भवनों और इमारतों को आंधी के दौरान बिजली गिरने से बचाया जाता है। इस प्रकार, विद्युत उपकरणों की सुरक्षा की डिग्री बढ़ जाती है।

बिजली की छड़ निम्नलिखित सिद्धांत के अनुसार काम करती है: गरज के दौरान, जमीन पर मजबूत प्रेरण शुल्क धीरे-धीरे जमा होने लगते हैं, जो ऊपर उठते हैं और बादलों की ओर आकर्षित होते हैं। इस मामले में, जमीन पर एक बड़ा विद्युत क्षेत्र बनता है। बिजली की छड़ के पास, विद्युत क्षेत्र मजबूत हो जाता है, जिसके कारण उपकरण की नोक से एक कोरोना विद्युत आवेश प्रज्वलित होता है।

इसके अलावा, जमीन पर बनने वाला आवेश विपरीत चिन्ह वाले बादल के आवेश की ओर आकर्षित होने लगता है, जैसा कि चार्ल्स कूलम्ब के नियम के अनुसार होना चाहिए। उसके बाद, हवा आयनीकरण की प्रक्रिया से गुजरती है, और बिजली की छड़ के अंत के पास विद्युत क्षेत्र की ताकत कम हो जाती है। इस प्रकार, इमारत में बिजली गिरने का जोखिम न्यूनतम है।

टिप्पणी! जिस भवन में बिजली की छड़ लगाई गई है, उस पर चोट लगेगी, तो आग नहीं लगेगी, और सारी ऊर्जा जमीन में चली जाएगी।

कूलम्ब के नियम के आधार पर, "कण त्वरक" नामक एक उपकरण विकसित किया गया था, जिसकी आज बहुत मांग है।

इस उपकरण में एक मजबूत विद्युत क्षेत्र बनाया जाता है, जिससे इसमें गिरने वाले कणों की ऊर्जा बढ़ जाती है।

कूलम्ब के नियम में बलों की दिशा

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, दो बिंदु विद्युत आवेशों के परस्पर क्रिया बलों की दिशा उनकी ध्रुवता पर निर्भर करती है। वे। एक ही नाम के शुल्क प्रतिकर्षित होंगे, और विपरीत शुल्क के शुल्क आकर्षित होंगे।

कूलम्ब बलों को त्रिज्या सदिश भी कहा जा सकता है, क्योंकि उन्हें उनके बीच खींची गई रेखा के साथ निर्देशित किया जाता है।

कुछ भौतिक समस्याओं में जटिल आकार के पिंड दिए जाते हैं, जिन्हें एक बिंदु विद्युत आवेश के लिए नहीं लिया जा सकता है, अर्थात। इसके आकार को अनदेखा करें। इस स्थिति में, विचाराधीन शरीर को कई छोटे भागों में विभाजित किया जाना चाहिए और कूलम्ब के नियम का उपयोग करते हुए प्रत्येक भाग की अलग-अलग गणना की जानी चाहिए।

विभाजन द्वारा प्राप्त बल सदिशों को बीजगणित और ज्यामिति के नियमों के अनुसार संक्षेपित किया जाता है। परिणाम परिणामी बल है, जो इस समस्या का उत्तर होगा। हल करने की इस विधि को अक्सर त्रिभुज विधि कहा जाता है।

कानून की खोज का इतिहास

ऊपर माने गए कानून द्वारा दो बिंदु आवेशों की परस्पर क्रिया को पहली बार 1785 में चार्ल्स कूलम्ब द्वारा सिद्ध किया गया था। भौतिक विज्ञानी मरोड़ संतुलन का उपयोग करके तैयार कानून की सत्यता को साबित करने में कामयाब रहे, जिसके संचालन का सिद्धांत भी लेख में प्रस्तुत किया गया था।

कूलम्ब ने यह भी सिद्ध किया कि गोलाकार संधारित्र के अंदर कोई विद्युत आवेश नहीं होता है। अतः उनका यह कथन आया कि विचाराधीन पिंडों के बीच की दूरी को बदलकर स्थिरवैद्युत बलों के परिमाण को बदला जा सकता है।

इस प्रकार, कूलम्ब का नियम अभी भी इलेक्ट्रोस्टैटिक्स का सबसे महत्वपूर्ण कानून है, जिसके आधार पर कई महान खोजें की गई हैं। इस लेख के ढांचे के भीतर, कानून के आधिकारिक शब्दों को प्रस्तुत किया गया था, साथ ही इसके घटक भागों का विस्तार से वर्णन किया गया था।

इसी तरह के लेख: