Loi de Coulomb dans un vide
La relation fondamentale pour la force de Coulomb entre deux charges ponctuelles dans le vide est:
* f =k * (q1 * q2) / r²
Où:
* f est la force (à Newtons, n)
* k est la constante de Coulomb (environ 8,98755 × 10⁹ n⋅m² / c²)
* Q1 et Q2 sont les amplitudes des deux charges (en coulombs, c)
* r est la distance entre les charges (en mètres, m)
L'influence des matériaux diélectriques
Lorsque vous placez des charges dans différents matériaux diélectriques (isolateurs), la force entre eux change due à un phénomène appelé polarisation . Voici comment cela fonctionne:
1. Polarisation: Le champ électrique créé par les charges fait aligner les molécules du matériau diélectrique. Cet alignement crée un champ électrique opposé dans le matériau.
2. Force réduite: Le champ électrique opposé du diélectrique polarisé annule partiellement le champ électrique d'origine des charges. Il en résulte une force * réduite * entre les charges.
la constante diélectrique (κ)
La mesure dans laquelle un matériau diélectrique réduit la force entre les charges est quantifiée par sa constante diélectrique (κ) . Une constante diélectrique plus élevée signifie que la force est réduite plus significativement.
* κ =1 pour un vide
* κ> 1 Pour tous les autres matériaux (par exemple, l'eau a un κ d'environ 80)
Modification de la loi de Coulomb pour les matériaux diélectriques
Pour tenir compte du matériel diélectrique, nous modifions la loi de Coulomb:
* f =(k / κ) * (Q1 * Q2) / r²
Exemple
Imaginez que vous avez deux charges, Q1 et Q2, séparées par une distance R dans le vide. Maintenant, vous les placez dans un matériau avec une constante diélectrique de κ =4. La force entre elles sera réduite à un quart de sa valeur d'origine.
Notes importantes
* différentes constantes diélectriques: Si les charges sont dans différents matériaux avec différentes constantes diélectriques, vous devrez considérer la constante diélectrique efficace du milieu entre les charges.
* Situations plus complexes: Pour des scénarios plus complexes (charges dans différentes matériaux de forme, etc.), vous devrez peut-être utiliser des techniques plus avancées comme la résolution de la distribution de champ électrique dans les matériaux.
Faites-moi savoir si vous souhaitez un exemple plus spécifique ou si vous avez d'autres questions!
