Coulombs Gesetz • James Trefil, Enzyklopädie "Zweihundert Gesetze des Universums"

Coulombs Gesetz

Das Phänomen der elektrostatischen Anziehung, schon vor unserer Zeit, war antiken griechischen Wissenschaftlern bekannt. Sie wussten zum Beispiel, dass wenn man Bernstein mit Katzenhaar und Glas mit Seide reiben, dann sind zwischen ihnen Gravitationskräfte. Außerdem wussten sie, dass man mit Hilfe solcher Objekte andere Objekte dazu zwingen kann, sich gegenseitig zu beeinflussen: wenn man beispielsweise einen elektrifizierten Bernstein mit einer Korkmehlkrume in Berührung bringt, wird er sich von anderen Korkkrümeln, die von Bernstein berührt wurden, abstoßen und zu Krümeln hingezogen fühlen. durch Glas berührt. Heute wissen wir, dass solche Anziehung und Abstoßung eine Manifestation von ist statische Elektrizität. Wir beobachten auch elektrostatische Phänomene im täglichen Leben, wenn wir zum Beispiel frisch gewaschene und aus dem Trockner gezogene Dinge buchstäblich abziehen müssen oder wenn wir elektrifiziertes und buchstäblich struppiges Haar nicht aufräumen können.

Elektrostatik im modernen Sinn beginnt mit der Erkenntnis, dass ein solches Verhalten (Anziehung oder Abstoßung), das selbst von den alten Griechen beobachtet wurde, eine Konsequenz der Existenz von zwei Arten elektrischer Ladungen in der Natur ist: positiv und negativ. Im Atom sind sie getrennt.Positive Ladungen sind im Atomkern konzentriert – ihre Träger sind Protonen und Elektronen, die Träger negativer Ladungen sind, sind um den Kern herum angeordnet (sehen Atom Bora). Die erste Idee, dass es in der Natur nur zwei Arten von elektrischen Ladungen gibt, und nur sie für alle von uns beobachteten elektrostatischen Phänomene ähnlich den oben beschriebenen verantwortlich sind, wurde vom amerikanischen Staatsmann und Wissenschaftler Benjamin Franklin (Benjamin Franklin, 1706-1790) ausgedrückt. Um es in die moderne Sprache zu übersetzen, ging er davon aus, dass, wenn man einige der negativ geladenen Elektronen von einer Substanz entfernt, diese positiv geladen bleibt, weil im normalen Zustand die negative Ladung der Elektronen die positive Ladung der Kerne kompensiert. Wenn der Substanz im Normalzustand zusätzliche Elektronen hinzugefügt werden, erhält sie eine negative Ladung.

Seit Tausenden von Jahren wussten die Menschen, dass Elektrizität existiert, und erst im 18. Jahrhundert begannen sie, sie zu studieren. (Es ist interessant, dass die Wissenschaftler dieser Epoche, die dieses Problem selbst aufgriffen, Elektrizität in eine von der Physik getrennte Wissenschaft trennten und sich "Elektriker" nannten.) Charles August August de Coulon war einer der führenden ursprünglichen Forscher der Elektrizität.Nach sorgfältiger Untersuchung der Kräfte der Wechselwirkung zwischen Körpern, die verschiedene elektrostatische Ladungen tragen, formulierte er das Gesetz, das nun seinen Namen trägt. Im Grunde genommen führte er seine Experimente wie folgt durch: Verschiedene elektrostatische Ladungen wurden auf zwei kleine Kugeln übertragen, die an den dünnsten Fäden aufgehängt waren, wonach sich die Suspensionen mit Kugeln näher zusammen bewegten. Mit einer ausreichenden Annäherung begannen sich die Kugeln gegenseitig anzuziehen (mit dem Gegenteil) Polarität elektrische Ladungen) oder abgestoßen werden (bei unipolaren Ladungen). Infolgedessen wichen die Filamente in einem ausreichend großen Winkel von der Vertikalen ab, bei dem die Kräfte der elektrostatischen Anziehung oder Abstoßung durch die Schwerkraft ausgeglichen wurden. Bei der Messung des Ablenkungswinkels und der Kenntnis der Masse der Kugeln und der Länge der Suspensionen berechnete Coulomb die Kräfte der elektrostatischen Wechselwirkung bei unterschiedlichen Abständen der Kugeln voneinander und ermittelte auf Basis dieser Daten eine empirische Formel:

F = kQq/D2

wo Q und q –elektrostatische Ladungen, D – die Entfernung zwischen ihnen auch k – experimentell bestimmt Coulomb-Konstante.

Wir bemerken gleich zwei interessante Punkte im Coulombschen Gesetz.Zunächst wiederholt es in seiner mathematischen Form das Gesetz der Newtonschen Weltweite, wenn wir die Masse im letzteren durch Ladungen und die Newtonsche Konstante durch die Coulombsche Konstante ersetzen. Und es gibt alle Gründe für diese Ähnlichkeit. Nach der modernen Quantenfeldtheorie entstehen sowohl elektrische als auch gravitative Felder, wenn physikalische Körper Elementarteilchen – Energieträger ohne Ruhemasse – miteinander austauschen. Photonen oder Gravitonen jeweils. Trotz des offensichtlichen Unterschieds zwischen Schwerkraft und Elektrizität haben beide Kräfte viel gemeinsam.

Der zweite wichtige Punkt betrifft die Coulomb-Konstante. Als der schottische theoretische Physiker James Clark Maxwell das Maxwell-Gleichungssystem für eine allgemeine Beschreibung elektromagnetischer Felder herstellte, stellte sich heraus, dass die Coulomb-Konstante in direktem Zusammenhang mit der Lichtgeschwindigkeit steht c. Schließlich hat Albert Einstein das gezeigt mit spielt im Rahmen der Relativitätstheorie die Rolle einer fundamentalen Weltkonstanten. So ist es möglich, zu verfolgen, wie sich die abstraktesten und universellsten Theorien der modernen Wissenschaft in Etappen entwickelten und zuvor gewonnene Ergebnisse aufnahmen, beginnend mit einfachen Schlussfolgerungen,auf der Grundlage von physikalischen Desktop-Experimenten gemacht.

Siehe auch:

1813Gauß-Satz
1864Maxwell-Gleichungen
1879Hall-Effekt

Charles Augustin de Coulomb
Charles Augustin de Coulomb, 1736-1806

Französischer Ingenieur und Physiker. Geboren in der Provinzstadt Angouleme in der Familie einflussreicher Adliger. Coulon widmete die meiste Zeit seines Lebens der militärischen Technik. Nach seinem Ausscheiden aus dem Militärdienst, wo er sich in Frankreich und in den Kolonien in der Karibik mit dem Bau von Kanälen und Befestigungsanlagen beschäftigte, wurde er als Berater nach Paris versetzt, um genügend Zeit und Energie für eine wissenschaftliche Karriere zu haben. Neben elektrostatischen Phänomenen und Magnetismus hat der Wissenschaftler die Reibungsgesetze experimentell untersucht und das Konzept entwickelt lineare Axiallasten, die immer noch in der Konstruktion verwendet wird, um die Kräfte zu berechnen, die in verschiedenen Richtungen von der Vertikalen zu verschiedenen Elementen des Gebäudes (zum Beispiel von der Seite des Daches zu den Wänden) wirken. Ihm zu Ehren wird die SI-Einheit der Elektrizitätsmenge genannt Anhänger.


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