Ερωτήσεις θεωρίας Φυσικής (Κεφ.1.5 &1.6)

ΕΝΟΤΗΤΑ 1

ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ

Κεφάλαιο 1. Ηλεκτρική δύναμη και φορτίο.

1.5 Νόμος του Coulomb

O Γάλλος φυσικός Σαρλ Κουλόμπ (Charles Coulomb) μελέτησε τα χαρακτηριστικά της ηλεκτρικής δύναμης και κατάφερε να απαντήσει στο ερώτημα: από ποια μεγέθη και πως εξαρτάται το μέτρο της ηλεκτρικής δύναμης που ασκείται από ένα φορτισμένο σώμα σε ένα άλλο

1.       Πως διατυπώνετε ο νόμος του Coulomb;

Τα συμπεράσματα του Κουλόμπ τα ονομάζουμε νόμο του Κουλόμπ για την ηλεκτρική δύναμη. Ο νόμος του Coulomb ισχύει για φορτισμένα σώματα των οποίων οι διαστάσεις είναι πολύ μικρές ώστε να θεωρούνται αμελητέες. Τα σώματα αυτά ονομάζονται και σημειακά φορτία. Επίσης ισχύει για ομοιόμορφα φορτισμένες σφαίρες που το μέγεθος τους είναι μικρό σε σχέση με τη μεταξύ τους απόσταση. Έτσι συνοψίζοντας τα συμπεράσματα μπορούμε να διατυπώσουμε το νόμο του Κουλόμπ ως εξής:

Το μέτρο της ηλεκτρικής δύναμης (F) με την οποία αλληλεπιδρούν δύο σημειακά φορτία (q₁ και q₂) είναι ανάλογο του γινομένου των φορτίων και αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της μεταξύ τους απόστασης (r).

Στη γλώσσα των Μαθηματικών γράφουμε:

                           

                                                                                       

                                                                                      

 

                                                                            

2.       Τι είναι το K που εμφανίζεται στο τύπο του νόμου του Κουλόμπ;

Το Κ είναι μια σταθερά αναλογίας και ονομάζεται ηλεκτρική σταθερά. Η τιμή της εξαρτάται από το υλικό μέσα στο οποίο βρίσκονται τα φορτισμένα σώματα και από το σύστημα των μονάδων που χρησιμοποιούμε. Η τιμή της στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (S.I.) για το κενό και κατά προσέγγιση για τον αέρα είναι:

                                                           

3. Πως σχεδιάζουμε τις δυνάμεις  μεταξύ των ηλεκτρικών φορτίων;

Επειδή η δύναμη είναι διανυσματικό μέγεθος, σχεδιάζεται χρησιμοποιώντας βελάκια. Τα χαρακτηριστικά της δύναμης και επομένως του βέλους είναι:

α) Διεύθυνση. Η διεύθυνση της ευθείας που ενώνει τα δύο φορτία.

β) Φορά. Καθορίζεται από το είδος των φορτίων. Αν τα φορτία είναι ετερώνυμα, η δύναμη είναι ελκτική. Αν τα φορτία είναι ομώνυμα, η δύναμη είναι απωστική.

4. Τι σχέση έχουν μεταξύ τους οι δυνάμεις που ασκούν δύο σημειακά φορτία το ένα στο άλλο;

Σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα για τη δράση – αντίδραση οι δύο αυτές δυνάμεις έχουν αντίθετη φορά και ίσα μέτρα.

1.6 Το ηλεκτρικό πεδίο

1. Τι είναι το ηλεκτρικό πεδίο;

Η ηλεκτρική δύναμη δρα από απόσταση. Μεταξύ δύο φορτισμένων αντικειμένων αναπτύσσονται ηλεκτρικές δυνάμεις  χωρίς να μεσολαβεί κανένα υλικό μέσο.  Στο χώρο γύρω από ένα φορτισμένο σώμα ασκούνται ηλεκτρικές δυνάμεις. Φαίνεται λοιπόν ότι ο χώρος γύρω από κάθε φορτισμένο σώμα αποκτά την εξής ιδιότητα: «Σε κάθε φορτισμένο σώμα που τοποθετείται σε αυτόν ασκείται ηλεκτρική δύναμη». Λέμε τότε ότι στο χώρο υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο.

Γενικά μια περιοχή του χώρου ονομάζεται ηλεκτρικό πεδίο, αν ασκούνται ηλεκτρικές δυνάμεις σε κάθε φορτισμένο σώμα που φέρνουμε μέσα σ’ αυτή.

2. Πως ερμηνεύεται η αλληλεπίδραση δύο φορτισμένων σωμάτων  με τη βοήθεια της έννοιας του ηλεκτρικού πεδίου;

Με την εισαγωγή της έννοιας του ηλεκτρικού πεδίου η άσκηση της ηλεκτρικής δύναμης περιγράφεται ως διαδικασία δύο βημάτων.

·         Γύρω από κάθε φορτισμένο σώμα δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο.

·         Όταν ένα φορτισμένο σώμα βρεθεί μέσα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο δέχεται ηλεκτρική δύναμη.