Llei de coulomb: què és, fórmula i exemples

Què és la Llei de Coulomb?

La llei de Coulomb s'empra en l'àrea de la física per calcular la força elèctrica que actua entre dues càrregues en repòs.

A partir d'aquesta llei es pot predir quina serà la força electrostàtica d'atracció o repulsió existent entre dues partícules segons la seva càrrega elèctrica i la distància que hi ha entre totes dues.

La llei de Coulomb deu el seu nom a el físic francès Charles-Augustin de Coulomb, qui en 1875 va enunciar aquesta llei, i que constitueix la base de l'electrostàtica:

"La magnitud de cadascuna de les forces elèctriques amb què interactuen dues càrregues puntuals en repòs és directament proporcional a l'producte de la magnitud de les dues càrregues i inversament proporcional a el quadrat de la distància que les separa i té la direcció de la línia que les uneix. La força és de repulsió si les càrregues són d'igual signe, i d'atracció si són de signe contrari ".

Aquesta llei es representa de la següent manera:

• F = força elèctrica d'atracció o repulsió en Newtons (N). Les càrregues iguals es repel·leixen i les càrregues oposades s'atreuen. k = és la constant de Coulomb o constant elèctrica de proporcionalitat. La força varia segons la permitivitat elèctrica (ε) de l'mig, bé sigui aigua, aire, oli, buit, entre d'altres. q = valor de les càrregues elèctriques mesures en Coulomb (C). r = distància que separa les càrregues i que és mesura en metres (m).

Cal destacar que la permitivitat elèctrica de l'buit és constant, i una de les més emprades. Es calcula de la següent manera: ε ₀ = 8,8541878176x10 ^-12 C ² / (N · m ²). És molt important tenir en compte la permitivitat de l'material.

El valor de la constant de Coulomb en el Sistema Internacional de mesures és:

Aquesta llei només té en compte la interacció entre dues càrregues puntuals a el mateix temps i només determina la força que hi ha entre q ₁ i q ₂ sense considerar les càrregues voltant.

Coulomb va aconseguir determinar les propietats de la força electrostàtica a l'desenvolupar com a instrument d'estudi una balança de torsió, que va consistir en una barra que penjava sobre una fibra amb la capacitat de torçar-se i tornar a la posició inicial.

D'aquesta manera, Coulomb podia mesurar la força que s'exercia sobre un punt de la barra a l'col·locar diverses esferes carregades a diferents distàncies per tal de mesurar la força d'atracció o repel·leix segons girés la barra.

força electrostàtica

La càrrega elèctrica és una propietat de la matèria i és la causa dels fenòmens associats a l'electricitat.

L'electrostàtica és la branca de la física que estudia els efectes que es generen en els cossos segons les seves càrregues elèctriques en equilibri.

La força elèctrica (F) és proporcional a les càrregues que s'ajunten i és inversament proporcional a la distància entre elles. Aquesta força actua entre les càrregues de forma radial, és a dir, una línia entre les càrregues, d'allí que es tracti d'un vector radial entre les dues càrregues.

Per tant, dues càrregues de el mateix signe generen una força positiva, per exemple: - ∙ - = + o + ∙ + = +. D'altra banda, dues càrregues de signes oposats generen una força negativa, per exemple: - ∙ + = - o + ∙ - = -.

No obstant això, dues càrregues amb el mateix signe es repel·leixen (+ + / - -), però dues càrregues amb signes diferents s'atrauen (+ - / - +).

Exemple: si es frega una cinta de tefló amb un guant, el guant queda amb càrrega positiva i la cinta amb càrrega negativa, per això a l'acostar-s'atrauen. Ara bé, si freguem un globus inflat amb el nostre cabell el globus es carregarà amb energia negativa i a l'acostar-lo a la cinta de tefló tots dos es repel·leixen per que tenen el mateix tipus de càrrega.

Així mateix, aquesta força depèn de la càrrega elèctrica i de la distància que hi hagi entre elles, és un principi fonamental de l'electrostàtica, així com una llei aplicable a les càrregues en repòs en un sistema de referència.

Cal esmentar que per a les distàncies petites les forces de les càrregues elèctriques augmenten, i per a les distàncies grans les forces de les càrregues elèctriques disminueixen, és a dir, es redueix a mesura que les càrregues s'allunyen entre si.

Magnitud de la força

Magnitud de la força electromagnètica és aquella que afecta els cossos que contenen una càrrega elèctrica, i que pot comportar a una transformació física o química donat al fet que els cossos es poden atreure o repel·lir.

Per tant, la magnitud que s'exerceix sobre dues càrregues elèctriques és igual a la constant de l'medi en què estiguin situades les càrregues elèctriques pel quocient entre el producte de cadascuna d'elles i la distància que les separa el quadrat.

La magnitud de la força electrostàtica és proporcional a el producte de la magnitud de les càrregues q ₁ xq ₂. La força electrostàtica a poca distància és molt poderosa.

Exemples de Llei de Coulomb

A continuació es presenten diferents exemples d'exercicis on s'ha d'aplicar la Llei de Coulomb.

exemple 1

Tenim dues càrregues elèctrica, una de + 3c i una de -2c, separades a una distància de 3 m. Per calcular la força que hi ha entre les dues càrregues és necessari multiplicar la constant K pel producte de les dues càrregues. Com s'observa en la imatge, s'ha obtingut una força negativa.

Exemple il·lustrat de com aplicar la llei de Coulomb:

exemple 2

Tenim una càrrega de 6 x 10 ^-6 C (q ₁) que es troba a 2 m de distància d'una càrrega de -4 x 10 ^-6 C (q ₂). Llavors, ¿quina és la magnitud de força entre aquestes dues càrregues?

a. Es multipliquen els coeficients: 9 x 6 x 4 = 216.

b. Es sumen de manera algebraica dels exponents: -6 i -6 = -12. Ara -12 + 9 = -3.

Resposta: F = 54 x 10 ^-3 N.

Exemples d'exercicis

1. Tenim una càrrega de 3 x 10 ^-6 C (q ₁) i una altra càrrega de -8 x 10 ^-6 C (q ₂) a una distància de 2 m. Quina és la magnitud de força d'atracció que hi ha entre les dues?

Resposta: F = 54 X 10 ^-3 N.

2. Determinar la força que actua entre dues càrregues elèctriques 1 x 10 ^-6 C (q ₁) i una altra càrrega de 2,5 x 10 ^-6 C (q ₂), que es troben en repòs i en el buit a una distància de 5 cm (recorda portar els cm am seguint el Sistema Internacional de mesures).

Resposta: F = 9 N.