2014-02-10
1669
Начало количественного изучения электрических явлений положил Кулон (1785 г.), установив на опыте закон взаимодействия электрических зарядов. Сила электрического взаимодействия протяженных заряженных тел зависит от их формы и взаимного расположения. Если размеры этих тел малы по сравнению с расстоянием между ними, то искомой зависимостью можно пренебречь. Закон Кулона установлен для точечных электрических зарядов.
Определение. Всякое протяженное заряженное тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до других тел, электрическое взаимодействие с которыми изучается, называется точечным зарядом.
Экспериментальная установка Кулона (см. рис. 1.3) представляла собой крутильные весы, подобные использованным Кавендишем при определении гравитационной постоянной. Кулон измерял силу взаимодействия двух заряженных шариков в зависимости от расстояния между ними и величины их зарядов.
Шарик 1 закреплен на изолирующей нити. Такой же шарик 2 подвешен на легком изолирующем коромысле, на другом конце которого укреплен противовес 3. Коромысло укреплено на тонкой упругой металлической нити. Верхний конец нити закреплен на вращающейся головке 4 прибора, позволяющей точно отсчитывать угол закручивания нити. Шарикам 1 и 2 сообщаются электрические заряды путем прикосновения к ним третьим заряженным шариком, укрепленным на изолирующей ручке.
Вращая головку 4, закручивают нить подвеса. При каждом значении угла закручивании нити, измеренном по шкале головки, измеряют расстояние между центрами шариков 1 и 2 по шкале 5. Каждое установившееся положение шарика 2 соответствует условию баланса моментов сил - упругой силы закручивания нити и силы электрического действия шарика 1 на шарик 2. При упругой деформации угол закручивания нити пропорционален моменту крутящей силы. Отсюда по измеренному углу закручивания определяют силу электрического взаимодействия шариков 1 и 2.
Рис. 1.3. Крутильные весы Кулона
Результаты опытов позволяют сформулировать закон Кулона (см. рис. 1.4, соответствующий случаю одноименных зарядов):
Сила взаимодействия двух точечных электрических зарядов прямо пропорциональна величине каждого и зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Сила направлена вдоль прямой линии, соединяющей заряды.
Закон Кулона может быть выражен формулой
(1.2)
где 
, 
- расстояние между зарядами, 
, 
и 
- величины взаимодействующих зарядов, сила 
(
) действует на заряд () со стороны заряда (), 
- коэффициент пропорциональности, который предполагается положительным и значение которого зависит от выбора системы единиц измерения физических величин.
В соответствии с третьим законом Ньютона сила отличается от силы только знаком:
(1.3)
Одинаковый для обеих сил модуль силы взаимодействия
(1.4)
Рис. 1.4. К формулировке закона Кулона
