Kalkulator Prawa Coulomba

Kategoria: Fizyka
- April 02, 2025
| |

Prawo Coulomba opisuje siłę elektrostatyczną między dwoma naładowanymi cząstkami. Ta fundamentalna zasada elektrostatyki mówi, że siła jest wprost proporcjonalna do iloczynu ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi.

Ten kalkulator pozwala określić siłę elektrostatyczną, pole elektryczne i energię potencjalną między naładowanymi cząstkami, korzystając z prawa Coulomba.

Co chcesz obliczyć?

Diagram siły elektrostatycznej
C
? Wielkość pierwszego ładunku w kulombach (C). Na przykład elektron ma ładunek -1,602 × 10⁻¹⁹ C.
C
? Wielkość drugiego ładunku w kulombach (C).
? Odległość między środkami dwóch ładunków.

Opcje wyświetlania

? Uwzględnij wpływ medium dielektrycznego między ładunkami. Zmniejszy to siłę elektrostatyczną o współczynnik stałej dielektrycznej.

O prawie Coulomba

Prawo Coulomba, sformułowane przez francuskiego fizyka Charlesa-Augustina de Coulomba w 1785 roku, opisuje siłę elektrostatyczną między dwoma naładowanymi cząstkami. Jest to fundamentalna zasada elektrostatyki.

Wyrażenie matematyczne:

Prawo Coulomba jest matematycznie wyrażone jako:

F = k × (|q₁ × q₂|) / r²

Gdzie:

  • F to siła elektrostatyczna między ładunkami (w niutonach, N)
  • k to stała Coulomba (8,9875 × 10⁹ N·m²/C²)
  • q₁ i q₂ to wielkości ładunków (w kulombach, C)
  • r to odległość między środkami ładunków (w metrach, m)
Powiązane równania pola elektrycznego:

Pole elektryczne w odległości r od punktowego ładunku q jest dane wzorem:

E = k × |q| / r²

Potencjał elektryczny w odległości r od punktowego ładunku q jest dany wzorem:

V = k × q / r

Energia potencjalna dwóch punktowych ładunków q₁ i q₂ oddzielonych odległością r jest dana wzorem:

U = k × q₁ × q₂ / r
Wpływ medium dielektrycznego:

Gdy ładunki znajdują się w medium innym niż próżnia, siła elektrostatyczna jest zmniejszona o współczynnik równy stałej dielektrycznej (ε) medium:

F = k × (|q₁ × q₂|) / (ε × r²)

Stała dielektryczna jest miarą zdolności medium do "przechowywania" energii pola elektrycznego. Im wyższa stała dielektryczna, tym bardziej medium osłabia pole elektryczne.

Medium Stała dielektryczna (ε)
Próżnia 1,0 (dokładnie)
Powietrze (w STP) 1,00059
Woda 80
Szkło 5-10
Plastik 2-4
Papier 3,7
Olej 2,4
Kluczowe zastosowania:
  • Struktura atomowa i molekularna: Prawo Coulomba wyjaśnia siłę przyciągania między elektronami a jądrem w atomach.
  • Inżynieria elektryczna: Wykorzystywane w projektowaniu kondensatorów, izolatorów i innych komponentów elektrycznych.
  • Więzy chemiczne: Wiązania jonowe i oddziaływania elektrostatyczne w cząsteczkach są opisywane przez prawo Coulomba.
  • Odpylacze elektrostatyczne: Używane do usuwania cząstek z gazu poprzez nadanie im ładunku elektrycznego.
  • Błyskawice: Nagromadzenie i wyładowanie ładunku elektrycznego w chmurach można wyjaśnić za pomocą prawa Coulomba.
  • Procesy biologiczne: Wiele procesów biologicznych obejmuje oddziaływania elektrostatyczne między naładowanymi cząsteczkami.

Czym jest kalkulator prawa Coulomba?

Kalkulator prawa Coulomba to narzędzie zaprojektowane, aby pomóc użytkownikom obliczyć siłę elektrostatyczną, pole elektryczne, potencjał elektryczny i energię potencjalną między naładowanymi cząstkami. Oparte na prawie Coulomba, to narzędzie upraszcza obliczenia, które są fundamentalne w fizyce, inżynierii elektrycznej i chemii.

Wzór na prawo Coulomba

Prawo Coulomba jest matematycznie wyrażone jako:

F = k × (|q₁ × q₂|) / r²

Gdzie:

  • F to siła elektrostatyczna (w Newtonach, N).
  • k to stała Coulomba (8.9875 × 10⁹ N·m²/C²).
  • q₁ i q₂ to wartości ładunków (w kulombach, C).
  • r to odległość między środkami dwóch ładunków (w metrach, m).

Jak korzystać z kalkulatora

Kalkulator pozwala użytkownikom obliczyć cztery różne wartości na podstawie prawa Coulomba:

  • Siła elektrostatyczna – Określa siłę między dwoma ładunkami.
  • Pole elektryczne – Oblicza natężenie pola w danym punkcie.
  • Potencjał elektryczny – Oblicza potencjał w określonej odległości.
  • Energia potencjalna – Ocena zgromadzonej energii między ładunkami.

Kroki do korzystania z kalkulatora

  1. Wybierz, co chcesz obliczyć (Siła, Pole, Potencjał lub Energia).
  2. Wprowadź wymagane wartości, takie jak wartość ładunku i odległość.
  3. Wybierz jednostkę dla odległości (metry, centymetry itp.).
  4. Dostosuj preferencje wyświetlania (miejsca dziesiętne, notacja naukowa itp.).
  5. Kliknij "Oblicz", aby zobaczyć wyniki.

Dlaczego warto korzystać z tego kalkulatora?

To narzędzie jest przydatne dla studentów, inżynierów i profesjonalistów, którzy potrzebują szybkich i dokładnych obliczeń elektrostatycznych. Pomaga w:

  • Zrozumieniu podstawowych interakcji elektrostatycznych w fizyce.
  • Rozwiązywaniu problemów związanych z naładowanymi cząstkami w chemii.
  • Analizowaniu sił elektrycznych w obwodach i materiałach.

FAQ

Do czego używane jest prawo Coulomba?

Prawo Coulomba jest używane do obliczania siły między naładowanymi cząstkami. Pomaga w zrozumieniu interakcji elektrycznych w różnych zastosowaniach naukowych i inżynieryjnych.

Czy ten kalkulator obsługuje różne jednostki?

Tak, możesz wybrać różne jednostki dla odległości (metry, centymetry, milimetry itp.), aby dopasować je do swoich potrzeb.

Czy kalkulator uwzględnia medium między ładunkami?

Tak, istnieje opcja uwzględnienia stałej dielektrycznej, która uwzględnia wpływ medium na siłę elektrostatyczną.

Co się stanie, jeśli wprowadzę ujemny ładunek?

Wartości ujemne wskazują na naładowane ujemnie cząstki, takie jak elektrony. Kalkulator automatycznie określa, czy siła jest przyciągająca, czy odpychająca, na podstawie znaku ładunków.

Podsumowanie

Kalkulator prawa Coulomba to potężne i łatwe w użyciu narzędzie do obliczania właściwości elektrostatycznych. Niezależnie od tego, czy studiujesz fizykę, pracujesz nad problemami inżynieryjnymi, czy analizujesz siły elektryczne, to narzędzie szybko dostarcza dokładnych wyników.