Опыт Кулона

Компьютерная программа моделирует установку Кулона с крутильными весами и позволяет провести ряд экспериментов по теме «Взаимодействие точечных заряженных тел. Закон Кулона».

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.

Впервые закон взаимодействия неподвижных зарядов был открыт французским физиком Ш. Кулоном в 1785 г. В своих опытах Кулон измерял силы притяжения и отталкивания заряженных шариков с помощью сконструированного им прибора – крутильных весов, отличавшихся чрезвычайно высокой чувствительностью.

Идея измерений основывалась на блестящей догадке Кулона о том, что если заряженный шарик привести в контакт с точно таким же незаряженным, то заряд первого разделится между ними поровну. Таким образом, был указан способ изменять заряд шарика в два, три и т. д. раз. В опытах Кулона измерялось взаимодействие между шариками, размеры которых много меньше расстояния между ними. Такие заряженные тела принято называть точечными зарядами.

На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:

Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:

Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Раздел электродинамики, изучающий кулоновское взаимодействие, называют электростатикой.

Закон Кулона справедлив для точечных заряженных тел.

Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона зависит от выбора системы единиц. В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон (Кл).

Кулон – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А. Единица силы тока (ампер) в СИ является наряду с единицами длины, времени и массы основной единицей измерения.

Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде:

где ε0электрическая постоянная.

В системе СИ элементарный заряд e равен: e = 1,602177∙10–19 Кл ≈ 1,6∙10–19 Кл.

Модель позволяет провести опыт Кулона с крутильными весами. Предлагается два варианта проведения эксперимента:

  • Упрощенный вариант опыта (Закон Кулона). Экспериментатор имеет возможность выбора численных значений величины зарядов и расстояния между ними. Пользователь может также изменять расстояние между шариками крутильных весов, «закручивая» нить на индикаторе весов.
  • Эксперимент Кулона. В данном случае модель приближена к реальному эксперименту. Заряд центрального тела можно менять, используя заряженные тела вокруг. При щелчке по центральному заряженному телу, его заряд переносится на одно из тел в крутильных весах. Выбирая режим «Зависимость силы от заряда» экспериментатор может зафиксировать расстояние между заряженными шариками в установке. При дальнейшем изменении заряда одного из шариков меняться будет только сила взаимодействия (и сила скручивания нити соответственно), что будет отражаться как в окне вывода текущего значения силы.