Coulombin lain laskin

Kategoria: Fysiikka
- huhtikuu 08, 2025
| |

Coulombin laki kuvaa sähköistä voimaa kahden varatun hiukkasen välillä. Tämä sähköstaattisen periaatteen perusperiaate toteaa, että voima on suoraan verrannollinen varauksien tuloon ja kääntäen verrannollinen etäisyyden neliöön niiden välillä.

Tämä laskin mahdollistaa sähköisen voiman, sähkökentän ja potentiaalienergian määrittämisen varattujen hiukkasten välillä Coulombin lain avulla.

Mitä haluaisit laskea?

C
? Ensimmäisen varauksen suuruus coulombeina (C). Esimerkiksi elektronilla on varaus -1.602 × 10⁻¹⁹ C.
C
? Toisen varauksen suuruus coulombeina (C).
? Etäisyys kahden varauksen keskusten välillä.

Näyttöasetukset

? Sisällytä dielektrisen välin vaikutus varausten väliin. Tämä vähentää sähköistä voimaa dielektrisen vakion mukaan.

Tietoa Coulombin laista

Coulombin laki, jonka ranskalainen fyysikko Charles-Augustin de Coulomb muotoili vuonna 1785, kuvaa sähköistä voimaa kahden sähköisesti varatun hiukkasen välillä. Se on perusperiaate sähköstaatiikassa.

Matemaattinen lauseke:

Coulombin laki on matemaattisesti ilmaistu seuraavasti:

F = k × (|q₁ × q₂|) / r²

Missä:

  • F on sähköinen voima varausten välillä (newtoneina, N)
  • k on Coulombin vakio (8.9875 × 10⁹ N·m²/C²)
  • q₁ ja q₂ ovat varausten suuruudet (coulombeina, C)
  • r on etäisyys varausten keskusten välillä (metreinä, m)
Liittyvät sähkökenttäkaavat:

Sähkökenttä etäisyydellä r pistevarauksesta q on annettu seuraavasti:

E = k × |q| / r²

Sähkön potentiaali etäisyydellä r pistevarauksesta q on annettu seuraavasti:

V = k × q / r

Kahden pistevarauksen q₁ ja q₂, jotka ovat eristyksissä etäisyydellä r, sähkön potentiaalienergia on annettu seuraavasti:

U = k × q₁ × q₂ / r
Dielektristen välineiden vaikutus:

Kun varaukset ovat välineessä, joka ei ole tyhjiö, sähköinen voima vähenee tekijällä, joka on yhtä suuri kuin välineen dielektrinen vakio (ε):

F = k × (|q₁ × q₂|) / (ε × r²)

Dielektrinen vakio on mitta välineen kyvystä "varastoida" sähkökenttäenergiaa. Mitä korkeampi dielektrinen vakio, sitä enemmän väline heikentää sähkökenttää.

Väline Dielektrinen vakio (ε)
Tyhjiö 1.0 (tarkka)
Ilma (STP-olosuhteissa) 1.00059
Vesi 80
Lasi 5-10
Muovi 2-4
Paperi 3.7
Öljy 2.4
Tärkeimmät sovellukset:
  • Atominen ja molekyylirakenne: Coulombin laki selittää vetovoiman elektronien ja atomiytimen välillä.
  • Sähkösuunnittelu: Käytetään kondensaattoreiden, eristeiden ja muiden sähkökomponenttien suunnittelussa.
  • Kemiallinen sidonta: Ioni- ja sähköstaattiset vuorovaikutukset molekyyleissä kuvataan Coulombin lain avulla.
  • Sähköstaattiset saastuttajat: Käytetään hiukkasten poistamiseen kaasujoukoista sähkövarauksen avulla.
  • Salama: Sähkön varauksen kertyminen ja purkautuminen pilvissä voidaan selittää Coulombin lain avulla.
  • Biologiset prosessit: Monet biologiset prosessit sisältävät sähköstaattisia vuorovaikutuksia varattujen molekyylien välillä.

Mikä on Coulombin lain laskin?

Coulombin lain laskin on työkalu, joka on suunniteltu auttamaan käyttäjiä laskemaan sähköstaattinen voima, sähkökenttä, sähköpotentiaali ja potentiaalienergia varattujen hiukkasten välillä. Coulombin lain perusteella tämä työkalu yksinkertaistaa laskelmia, jotka ovat perusasioita fysiikassa, sähkötekniikassa ja kemiassa.

Coulombin lain kaava

Coulombin laki on matemaattisesti ilmaistu seuraavasti:

F = k × (|q₁ × q₂|) / r²

Missä:

  • F on sähköstaattinen voima (Newtonissa, N).
  • k on Coulombin vakio (8.9875 × 10⁹ N·m²/C²).
  • q₁ ja q₂ ovat varauksen suuruudet (Coulombeissa, C).
  • r on etäisyys kahden varauksen keskusten välillä (metreissä, m).

Kuinka käyttää laskinta

Laskin mahdollistaa käyttäjien laskemisen neljä eri arvoa Coulombin lain perusteella:

  • Sähköstaattinen voima – Määrittää voiman kahden varauksen välillä.
  • Sähkökenttä – Laskee kenttävoiman tietyssä pisteessä.
  • Sähköpotentiaali – Laskee potentiaalin tietyssä etäisyydessä.
  • Potentiaalienergia – Arvioi varauksien välistä varastoitua energiaa.

Vaiheet laskimen käyttämiseen

  1. Valitse, mitä haluat laskea (voima, kenttä, potentiaali tai energia).
  2. Syötä tarvittavat arvot, kuten varauksen suuruus ja etäisyys.
  3. Valitse etäisyyden yksikkö (metrit, senttimetrit jne.).
  4. Säädä näyttöasetuksia (desimaalit, tieteellinen merkintä jne.).
  5. Napsauta "Laske" nähdäksesi tulokset.

Miksi käyttää tätä laskinta?

Tämä työkalu on hyödyllinen opiskelijoille, insinööreille ja ammattilaisille, jotka tarvitsevat nopeita ja tarkkoja sähköstaattisia laskelmia. Se auttaa:

  • Ymmärtämään perus sähköstaattisia vuorovaikutuksia fysiikassa.
  • Ratkaisemaan ongelmia, jotka liittyvät varattuihin hiukkasiin kemiassa.
  • Analysoimaan sähköisiä voimia piireissä ja materiaaleissa.

UKK

Mihin Coulombin lakia käytetään?

Coulombin lakia käytetään laskemaan voimaa varattujen hiukkasten välillä. Se auttaa ymmärtämään sähköisiä vuorovaikutuksia erilaisissa tieteellisissä ja insinööritieteellisissä sovelluksissa.

Voiko tämä laskin käsitellä erilaisia yksiköitä?

Kyllä, voit valita erilaisia yksiköitä etäisyydelle (metrit, senttimetrit, millimetrit jne.) tarpeidesi mukaan.

Ottaako laskin huomioon varauksien välisen välineen?

Kyllä, on mahdollista sisällyttää dielektrinen vakio, joka ottaa huomioon välineen vaikutuksen sähköstaattiseen voimaan.

Mitä tapahtuu, jos syötän negatiivisen varauksen?

Negatiiviset arvot viittaavat negatiivisesti varattuihin hiukkasiin, kuten elektroneihin. Laskin määrittää automaattisesti, onko voima vetävä vai hylkivä varauksien merkin perusteella.

Yhteenveto

Coulombin lain laskin on tehokas ja helppokäyttöinen työkalu sähköstaattisten ominaisuuksien laskemiseen. Olitpa sitten opiskelemassa fysiikkaa, työskentelemässä insinööriongelmien parissa tai analysoimassa sähköisiä voimia, tämä työkalu tarjoaa tarkkoja tuloksia nopeasti.