Формулы по физике 10 класс: закон Кулона

Закон Кулона описывает силу электростатического взаимодействия двух неподвижных точечных электрических зарядов. Формулы позволяют рассчитать модуль силы, определить направление взаимодействия и учесть влияние среды.

Формулы: закон Кулона

Что находимФормулаОбозначения и единицы СИ
Закон Кулона (сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме)F = k·|q1·q2|/r2
  • F — модуль силы электростатического взаимодействия зарядов, Н
  • k — коэффициент пропорциональности (электростатическая постоянная), k ≈ 9·10^{9}, Н·м2/Кл2
  • q1 — первый электрический заряд, Кл
  • q2 — второй электрический заряд, Кл
  • r — расстояние между зарядами, м
Закон Кулона в однородной диэлектрической средеF = k·|q1·q2|/(ε·r2)
  • F — модуль силы электростатического взаимодействия зарядов, Н
  • k — электростатическая постоянная, k ≈ 9·10^{9}, Н·м2/Кл2
  • q1 — первый электрический заряд, Кл
  • q2 — второй электрический заряд, Кл
  • ε — относительная диэлектрическая проницаемость среды
  • r — расстояние между зарядами, м
Зависимость силы Кулона от расстояния между зарядамиF ∼ 1/r2
F2/F1 = r12/r22
  • F — модуль силы электростатического взаимодействия, Н
  • F1 — сила взаимодействия при первом расстоянии, Н
  • F2 — сила взаимодействия при втором расстоянии, Н
  • r — расстояние между зарядами, м
  • r1 — первое расстояние между зарядами, м
  • r2 — второе расстояние между зарядами, м
Электростатическая постояннаяk = 1/(4·π·ε0) ≈ 9·109
  • k — электростатическая постоянная, Н·м2/Кл2
  • π — математическая постоянная, приблизительно равная 3,14
  • ε0 — электрическая постоянная (электрическая проницаемость вакуума), Ф/м

Когда какую формулу применять

  • Для расчёта силы взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов в вакууме используйте закон Кулона. В формулу подставляйте модули зарядов, поскольку она определяет модуль силы.
  • Если заряды находятся в однородной диэлектрической среде, учитывайте относительную диэлектрическую проницаемость ε. Чем она больше, тем меньше сила взаимодействия.
  • Для сравнения сил при изменении расстояния используйте зависимость F ∼ 1/r²: при увеличении расстояния в 2 раза сила уменьшается в 4 раза, а при уменьшении в 3 раза увеличивается в 9 раз.
  • Определяйте характер взаимодействия по знакам зарядов: одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются. Сила направлена вдоль прямой, соединяющей заряды.
  • Перед подстановкой переводите все величины в СИ: микрокулоны (мкКл) в кулоны (Кл), нанокулоны (нКл) в кулоны, сантиметры (см) в метры (м).

Пример решения задачи

Два точечных заряда 2 мкКл и 3 мкКл находятся в вакууме на расстоянии 30 см друг от друга. Определите модуль силы электростатического взаимодействия. Электростатическая постоянная k = 9·109 Н·м²/Кл².

Дано:

q1 = 2 мкКл = 2·10-6 Кл

q2 = 3 мкКл = 3·10-6 Кл

r = 30 см = 0,3 м

k = 9·109 Н·м²/Кл²

F — ?

Решение:

По закону Кулона:

F = k·|q1·q2|/r²

Подставим значения:

F = 9·109·2·10-6·3·10-6/0,3²

F = 0,054/0,09 = 6 Н

Ответ: 6 Н.

Формулы по физике 10 класс