Закон Кулона

Между двумя или несколькими электрическими зарядами всегда существуют силы взаимодействия: заряды или отталкиваются, или, наоборот, притягиваются один к другому.

Очень точными опытами французский физик Шарль Огюстен Кулон (1736 — 1806) установил, что сила взаимодействия между двумя электрическими зарядами зависит от их величины, расстояния между ними и среды, в которой находятся эти заряды.

Эта зависимость может быть сформулирована следующим образом:

Закон Кулона: сила взаимодействия между двумя точечными электрическими зарядами прямо пропорциональна произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Это значит, что если величина одного из электрических зарядов возрастет, например, вдвое, то и сила взаимодействия между зарядами увеличится вдвое. Если же расстояние между зарядами увеличится вдвое, то сила взаимодействия между зарядами уменьшится в четыре раза.

Математический закон Кулона выражается формулой:

F = k*(q₁*q₂)/r²

где q₁, и q₂ — величины электрических зарядов в кулонах (1 кулон = 6,29*10¹⁸ зарядов электронов);

r — расстояние между зарядами в метрах;

F — сила взаимодействия зарядов в ньютонах (единица силы в СИ);

k — коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств среды, которая окружает электрические заряды, и от выбора системы единиц.

Закон Кулона полностью справедлив только для точечных зарядов, т. е. таких заряженных тел, размеры которых значительно меньше расстояния между ними. В большинстве практических случаев это условие выполняется.

Коэффициент k можно определить по формуле:

k = 1/4πε

где ε — электрическая проницаемость среды.

В свою очередь:

ε = ε_r * ε₀

где ε_r— относительная электрическая проницаемость среды— отвлеченное число, показывающее, во сколько раз электрическая проницаемость данной среды больше, чем электрическая проницаемость «пустоты» — вакуума

ε₀—электрическая проницаемость вакуума, которая в системе СИ имеет значение:

ε₀ = 1/4π*9*10⁹ 

Ниже даны значения относительной электрической проницаемости некоторых веществ.

Относительная электрическая проницаемость некоторых веществ

Последние три вещества в этой таблице относятся к так называемым сегнетоэлектрикам — диэлектрикам, у которых зависимость тока смещения от напряженности электрического поля нелинейная.

Относительная электрическая проницаемость показывает, во сколько раз увеличится сила взаимодействия между зарядами, если данный диэлектрик заменить вакуумом.