Coulombs lag i vakuum
Det grundläggande förhållandet för Coulombs kraft mellan två punktsavgifter i ett vakuum är:
* f =k * (Q1 * Q2) / R²
Där:
* f är styrkan (i Newtons, n)
* k är Coulombs konstant (cirka 8.98755 × 10⁹ n⋅m²/c²)
* Q1 och Q2 är storleken på de två laddningarna (i Coulombs, c)
* r är avståndet mellan laddningarna (i meter, m)
Påverkan av dielektriska material
När du lägger laddningar i olika dielektriska material (isolatorer) förändras kraften mellan dem på grund av ett fenomen som kallas polarisation . Så här fungerar det:
1. Polarisation: Det elektriska fältet som skapas av laddningarna gör att molekylerna för det dielektriska materialet justeras. Denna anpassning skapar ett motsatt elektriskt fält inom materialet.
2. reducerad kraft: Det motsatta elektriska fältet från det polariserade dielektriken avbryter delvis det ursprungliga elektriska fältet från laddningarna. Detta resulterar i en * reducerad * kraft mellan avgifterna.
Den dielektriska konstanten (κ)
I vilken utsträckning ett dielektriskt material reducerar kraften mellan laddningar kvantifieras av dess dielektriska konstant (κ) . En högre dielektrisk konstant innebär att kraften reduceras mer betydligt.
* κ =1 för ett vakuum
* κ> 1 För alla andra material (t.ex. har vatten en κ på cirka 80)
Modifiering av Coulombs lag för dielektriska material
För att redogöra för det dielektriska materialet ändrar vi Coulombs lag:
* f =(k / κ) * (Q1 * Q2) / R²
Exempel
Föreställ dig att du har två avgifter, Q1 och Q2, åtskilda med ett avstånd R i ett vakuum. Nu placerar du dem i ett material med en dielektrisk konstant av κ =4. Kraften mellan dem kommer att reduceras till en fjärdedel av dess ursprungliga värde.
Viktiga anteckningar
* Olika dielektriska konstanter: Om laddningarna är i olika material med olika dielektriska konstanter, måste du överväga den effektiva dielektriska konstanten för mediet mellan laddningarna.
* Mer komplexa situationer: För mer komplexa scenarier (laddningar i olika formade material etc.) kan du behöva använda mer avancerade tekniker som att lösa för den elektriska fältfördelningen i materialen.
Låt mig veta om du vill ha ett mer specifikt exempel eller har ytterligare frågor!
