Разработка урока Закон Кулона

Зако́н Куло́на (зако́н обра́тных квадра́тов Куло́на) — экспериментальный физический закон^[3][4], являющийся одним из основных законов электростатики^[5], который описывает величину действующей между двумя электрически заряженными точечными частицами силы в состоянии покоя в вакууме. Эту электрическую силу условно называют электростатической или кулоновской силой^[6]. Хотя закон был известен и раньше, впервые он был проверен и опубликован в 1785 году французским физиком Шарлем Кулоном, по имени которого был назван. Закон Кулона послужил началу развития теории электромагнетизма^[4], поскольку он позволял осмысленно обсуждать количество электрического заряда в объекте изучения^[7].➤

В современной формулировке закон Кулона гласит^[8]:➤

Сила взаимодействия �  двух точечных зарядов в вакууме направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряды, пропорциональна их величинам �1  и �2  и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними �12 . Она является силой притяжения, если знаки зарядов разные, и силой отталкивания, если эти знаки одинаковы.

Закон Кулона в математической форме без векторных обозначений записывается как^[8]

Здесь �  — абсолютная величина электростатической силы, k_e — константа, в единицах СИ равная 1/(4��0)  (�0  — электрическая постоянная), q₁ и q₂ — количества каждого из взаимодействующих зарядов, а скаляр r₁₂ — расстояние между зарядами.➤ Существует физически более корректная векторная запись закона, а также его обобщение на случаи взаимодействия распределённых в пространстве зарядов.➤

Хотя закон Кулона похож на закон всемирного тяготения Ньютона, но гравитационные силы всегда заставляют объекты притягиваться, а электростатические силы могут заставлять заряды как притягиваться, так и отталкиваться. Кроме того, гравитационные силы намного слабее электростатических^[6].➤ Закон Кулона можно использовать для вывода закона Гаусса и наоборот (в случае покоящегося точечного заряда эти два закона выражают одну и ту же физическую идею по-разному)^[9][10].➤ Закон тщательно проверялся экспериментально, и наблюдения подтвердили его применимость в масштабе от 10⁸ м до 10⁻¹⁶ м^[11].➤

Содержание

• 1История открытия

• 2Скалярная форма

  • 2.1Вид

  • 2.2Кулоновская постоянная

• 3Векторная форма и обобщения

  • 3.1Вид

  • 3.2Система точечных зарядов

  • 3.3Непрерывное распределение заряда

  • 3.4Расчёт электрического поля

• 4Условия применимости

• 5Уравнения Максвелла

• 6Аналогии

• 7За пределами классической физики

  • 7.1Атомные силы в квантовой механике

  • 7.2В специальной теории относительности

  • 7.3Кулоновский потенциал в КТП

• 8Степень точности

  • 8.1Поправки в квантовой электродинамике