쿨롱의 법칙과 전기 공학에서의 응용

뉴턴역학에서와 마찬가지로 중력의 상호작용은 항상 질량을 가진 물체 사이에서 발생하며, 전기역학과 유사하게 전기적 상호작용은 전하를 가진 물체의 특징이다. 전하는 기호 «q» 또는 «Q»로 표시됩니다.

전기역학의 전하 q 개념은 역학의 중력 질량 m 개념과 다소 유사하다고 말할 수도 있습니다. 그러나 중력 질량과 달리 전하는 물체와 입자가 전자기 상호 작용을 시작하는 특성을 특징으로 하며 이러한 상호 작용은 아시다시피 중력이 아닙니다.

전기 요금

전기 현상 연구에 대한 인간의 경험에는 많은 실험 결과가 포함되어 있으며 이러한 모든 사실을 통해 물리학자는 전하에 대해 다음과 같은 명확한 결론에 도달할 수 있었습니다.

1. 전하에는 두 가지 유형이 있습니다. 조건부로 양전하와 음전하로 나눌 수 있습니다.

2.전하는 하나의 대전된 물체에서 다른 물체로 이동할 수 있습니다. 예를 들어 물체를 서로 접촉하여 물체 사이의 전하를 분리할 수 있습니다. 이 경우 전하는 신체의 필수 구성 요소가 아닙니다. 다른 조건에서 동일한 물체가 다른 크기와 부호의 전하를 가질 수도 있고 전하가 없을 수도 있습니다. 따라서 전하는 운반체에 고유한 것이 아니며, 동시에 운반체 없이는 전하가 존재할 수 없습니다.

3. 중력 물체는 항상 서로 끌어당기는 반면, 전하는 서로 끌어당기고 밀어낼 수 있습니다. 같은 전하는 서로 끌어당기고, 같은 전하는 반발한다.

전하 캐리어는 전자, 양성자 및 기타 기본 입자입니다. 전하에는 양전하와 음전하의 두 가지 유형이 있습니다. 양전하는 가죽으로 문지른 유리에 나타나는 전하입니다. 네거티브 - 털로 문질러진 호박에 전하가 발생합니다. 같은 이름의 혐의로 기소 된 당국은 반발합니다. 전하가 반대인 물체는 서로 끌어당깁니다.

전하 보존 법칙은 자연의 기본 법칙이며 다음과 같이 읽습니다. 이것은 닫힌 시스템에서 단 하나의 기호에 대한 전하의 출현 또는 소멸이 불가능함을 의미합니다.

고립계에서 전하의 대수합은 일정하게 유지된다. 전하 캐리어는 한 몸체에서 다른 몸체로 이동하거나 몸체 내부, 분자, 원자로 이동할 수 있습니다. 요금은 기준 프레임과 무관합니다.

오늘날 과학적 견해는 원래 전하 운반체가 소립자라는 것입니다.소립자 중성자(전기적으로 중성), 양성자(양전하) 및 전자(음전하)가 원자를 구성합니다.

원자핵은 양성자와 중성자로 구성되며 전자는 원자의 껍질을 형성합니다. 전자와 양성자의 전하 계수는 기본 전하 e와 크기가 같지만 부호에서 이 입자의 전하는 서로 반대입니다.

전하의 상호 작용 - 쿨롱의 법칙

전하의 직접적인 상호 작용에 관해서는 1785 년 프랑스 물리학 자 Charles Coulomb이 다른 법칙을 따르지 않는 자연의 기본 법칙 인 정전기의 기본 법칙을 실험적으로 수립하고 설명했습니다. 그의 작업에서 과학자는 정지된 포인트 대전체의 상호 작용을 연구하고 상호 반발력과 인력을 측정합니다.

Coulomb은 실험적으로 다음을 확립했습니다. «고정 전하의 상호 작용력은 모듈의 곱에 정비례하고 모듈 사이 거리의 제곱에 반비례합니다.»

이것이 쿨롱의 법칙의 정식화입니다. 점 전하는 본질적으로 존재하지 않지만 점 전하의 관점에서만 쿨롱의 법칙 공식 내에서 점 전하 사이의 거리에 대해 이야기할 수 있습니다.

사실, 물체 사이의 거리가 크기를 크게 초과하면 대전된 물체의 크기나 모양이 상호 작용에 특별히 영향을 미치지 않으므로 이 문제에 대한 물체는 점과 같은 것으로 간주될 수 있습니다.

예를 들어 보겠습니다. 충전된 공을 끈에 걸어봅시다.그들은 어떤 식으로든 충전되기 때문에 밀어내거나 끌 것입니다. 힘은 이들 물체를 연결하는 직선을 따라 향하기 때문에 이것이 중심력입니다.

F12는 첫 번째 전하의 두 번째 전하의 힘, F21은 두 번째 전하의 첫 번째 전하의 힘, r12는 두 번째 전하의 반경 벡터입니다. 첫 번째 포인트 충전. 전하의 부호가 같으면 힘 F12는 반경 벡터로 공동으로 향하지만 전하의 부호가 다른 경우 힘 F12는 반경 벡터로 향합니다.

포인트 전하의 상호 작용 법칙(쿨롱의 법칙)을 사용하여 이제 모든 포인트 전하 또는 포인트 전하 본체에 대한 상호 작용력을 찾을 수 있습니다. 몸이 점 모양이 아닌 경우 정신적으로 파스텔 요소로 분해되며 각 요소는 점 전하로 간주될 수 있습니다.

모든 작은 요소 사이에 작용하는 힘을 찾은 후 이러한 힘을 기하학적으로 합산하여 합력을 찾습니다. 기본 입자도 쿨롱의 법칙에 따라 서로 상호 작용하며, 현재까지 이러한 정전기의 기본 법칙을 위반하는 것은 관찰되지 않았습니다.

쿨롱의 법칙을 전기공학에 적용

쿨롱의 법칙이 어떤 형태로든 적용되지 않는 현대 전기 공학 분야는 없습니다. 전류로 시작하여 단순히 충전된 커패시터로 끝납니다. 특히 정전기를 다루는 분야는 쿨롱의 법칙과 100% 관련이 있습니다. 몇 가지 예를 살펴보겠습니다.

가장 간단한 경우는 유전체를 도입하는 것입니다.진공에서 전하의 상호 작용력은 어떤 종류의 유전체가 그들 사이에 배치되는 조건에서 동일한 전하의 상호 작용력보다 항상 큽니다.

매체의 유전 상수는 전하와 크기 사이의 거리에 관계없이 힘의 값을 정량적으로 결정할 수있는 값입니다. 진공에서 전하의 상호 작용력을 도입된 유전체의 유전 상수로 나누는 것으로 충분합니다. 유전체가 있는 상태에서 상호 작용력을 얻습니다.

정교한 연구 장비 — 입자 가속기. 하전 입자 가속기의 작동은 전기장과 하전 입자의 상호 작용 현상을 기반으로 합니다. 전기장은 가속기에서 작동하여 입자의 에너지를 증가시킵니다.

여기에서 가속된 입자를 점 전하로 간주하고 가속기의 가속 전기장의 작용을 다른 점 전하의 총 힘으로 간주하면 이 경우 쿨롱의 법칙이 완전히 관찰됩니다. 로렌츠 힘은 에너지를 변경하지 않고 가속기에서 입자 이동의 궤적만 설정합니다.

보호 전기 구조. 중요한 전기 설비에는 항상 피뢰침처럼 단순한 것이 장착되어 있습니다. 그리고 그 작업의 피뢰침도 쿨롱의 법칙을 지키지 않고는 통과하지 않습니다. 뇌우 동안 큰 유도 전하가 지구에 나타납니다. 쿨롱의 법칙에 따라 뇌우 구름 방향으로 끌립니다. 그 결과 지구 표면에 강한 전기장이 생깁니다.

이 필드의 강도는 특히 날카로운 도체 근처에서 높기 때문에 피뢰침의 뾰족한 끝에서 코로나 방전이 점화됩니다. 쿨롱의 법칙에 따라 지구의 전하는 벼락의 반대 전하에 끌리는 경향이 있습니다. 구름.

피뢰침 근처의 공기는 코로나 방전으로 인해 고도로 이온화됩니다. 결과적으로 팁 근처의 전계 강도가 감소하고(모든 와이어 내부도 마찬가지) 유도 전하가 건물에 축적될 수 없으며 번개 가능성이 감소합니다. 번개가 피뢰침을 때리면 충전은 단순히 지구로 이동하고 설치를 손상시키지 않습니다.