1. Εισαγωγή στα είδη φορτίων (θετικό/αρνητικό) & ελκτικές/απωστικές δυνάμεις.
2. Διατύπωση & Μαθηματική μορφή του Νόμου του Coulomb.
3. Επίλυση υποδειγματικών παραδειγμάτων & ασκήσεων εμπέδωσης.
Στη φύση υπάρχουν δύο είδη ηλεκτρικού φορτίου: θετικά (+) και αρνητικά (-).
- Ομόσημα φορτία (θετικό-θετικό ή αρνητικό-αρνητικό) απωθούνται.
- Ετερόσημα φορτία (θετικό-αρνητικό) έλκονται.
- Θεμελιώδες φορτίο: Το μικρότερο ελεύθερο φορτίο στη φύση είναι το φορτίο του ηλεκτρονίου: e = 1.6 · 10⁻¹⁹ C.
Το μέτρο της ηλεκτρικής δύναμης F μεταξύ δύο σημειακών φορτίων είναι ανάλογο του γινομένου των φορτίων και αντίστροφα ανάλογο του τετραγώνου της μεταξύ τους απόστασης r.
- F: Δύναμη Coulomb σε Newton (N).
- q₁, q₂: Ηλεκτρικά φορτία σε Coulomb (C). (1 μC = 10⁻⁶ C, 1 nC = 10⁻⁹ C).
- r: Απόσταση μεταξύ των φορτίων σε μέτρα (m).
- k: Ηλεκτρική σταθερά στο κενό/αέρα (k = 9 · 10⁹ N·m²/C²).
- Δύο σημειακά φορτία q₁ = +2 μC (2 · 10⁻⁶ C) και q₂ = +4 μC (4 · 10⁻⁶ C) βρίσκονται στον αέρα σε απόσταση r = 0.3 m.
α) Να υπολογίσετε το μέτρο της ηλεκτρικής δύναμης Coulomb που ασκείται ανάμεσά τους.
β) Η δύναμη αυτή είναι ελκτική ή απωστική; - Αν διπλασιάσουμε την απόσταση r μεταξύ δύο φορτίων, πόσες φορές μεταβάλλεται η δύναμη Coulomb;
1. α) Υπολογισμός Δύναμης:
Δεδομένα: q₁ = 2 · 10⁻⁶ C, q₂ = 4 · 10⁻⁶ C, r = 0.3 m, k = 9 · 10⁹ N·m²/C².
F = k · (|q₁ · q₂| / r²) = (9 · 10⁹) · [(2 · 10⁻⁶) · (4 · 10⁻⁶) / (0.3)²]
F = (9 · 10⁹) · (8 · 10⁻¹² / 0.09) = (9 · 10⁹) · (8 · 10⁻¹² / 9 · 10⁻²)
F = 8 · 10⁻¹ N = 0.8 N.
β) Επειδή τα φορτία είναι ομόσημα (θετικά), η δύναμη είναι απωστική.
2. Μεταβολή Δύναμης: Επειδή η δύναμη είναι αντίστροφα ανάλογη του τετραγώνου της απόστασης (F ~ 1/r²), αν η απόσταση διπλασιαστεί (2r), η δύναμη υποτετραπλασιάζεται (μειώνεται 4 φορές).