เครื่องคำนวณกฎของคูลอมบ์

หมวดหมู่: ฟิสิกส์
- พฤษภาคม 11, 2568
| |

กฎของคูลอมบ์อธิบายถึงแรงไฟฟ้าสถิตระหว่างอนุภาคที่มีประจุสองตัว หลักการพื้นฐานของไฟฟ้าสถิตนี้ระบุว่าแรงจะมีความสัมพันธ์โดยตรงกับผลคูณของประจุและมีความสัมพันธ์โดยตรงกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างพวกมัน

เครื่องคิดเลขนี้ช่วยให้คุณสามารถกำหนดแรงไฟฟ้าสถิต สนามไฟฟ้า และพลังงานศักย์ระหว่างอนุภาคที่มีประจุโดยใช้กฎของคูลอมบ์

คุณต้องการคำนวณอะไร?

C
? ขนาดของประจุแรกในหน่วยคูลอมบ์ (C) ตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอนมีประจุ -1.602 × 10⁻¹⁹ C
C
? ขนาดของประจุที่สองในหน่วยคูลอมบ์ (C)
? ระยะห่างระหว่างศูนย์กลางของประจุทั้งสอง

ตัวเลือกการแสดงผล

? รวมผลกระทบของสื่อไดอิเล็กตริกระหว่างประจุ ซึ่งจะลดแรงไฟฟ้าสถิตลงโดยปัจจัยของค่าคงที่ไดอิเล็กตริก

เกี่ยวกับกฎของคูลอมบ์

กฎของคูลอมบ์ที่พัฒนาโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ชาร์ล-ออจุสติน เดอ คูลอมบ์ ในปี 1785 อธิบายถึงแรงไฟฟ้าสถิตระหว่างอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าสองตัว มันเป็นหลักการพื้นฐานในไฟฟ้าสถิต

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์:

กฎของคูลอมบ์ถูกแสดงทางคณิตศาสตร์ว่า:

F = k × (|q₁ × q₂|) / r²

โดยที่:

  • F คือแรงไฟฟ้าสถิตระหว่างประจุ (ในหน่วยนิวตัน, N)
  • k คือค่าคงที่ของคูลอมบ์ (8.9875 × 10⁹ N·m²/C²)
  • q₁ และ q₂ คือขนาดของประจุ (ในหน่วยคูลอมบ์, C)
  • r คือระยะห่างระหว่างศูนย์กลางของประจุ (ในหน่วยเมตร, m)
สมการสนามไฟฟ้าที่เกี่ยวข้อง:

สนามไฟฟ้าที่ระยะห่าง r จากประจุจุด q จะถูกกำหนดโดย:

E = k × |q| / r²

ศักย์ไฟฟ้าที่ระยะห่าง r จากประจุจุด q จะถูกกำหนดโดย:

V = k × q / r

พลังงานไฟฟ้าศักย์ของประจุจุดสองตัว q₁ และ q₂ ที่แยกจากกันด้วยระยะห่าง r จะถูกกำหนดโดย:

U = k × q₁ × q₂ / r
ผลกระทบของสื่อไดอิเล็กตริก:

เมื่อประจุอยู่ในสื่อที่ไม่ใช่สูญญากาศ แรงไฟฟ้าสถิตจะลดลงโดยปัจจัยที่เท่ากับค่าคงที่ไดอิเล็กตริก (ε) ของสื่อ:

F = k × (|q₁ × q₂|) / (ε × r²)

ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกเป็นการวัดความสามารถของสื่อในการ "เก็บ" พลังงานสนามไฟฟ้า ยิ่งค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงขึ้น สื่อก็จะยิ่งลดความเข้มของสนามไฟฟ้ามากขึ้น

สื่อ ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก (ε)
สูญญากาศ 1.0 (แน่นอน)
อากาศ (ที่ STP) 1.00059
น้ำ 80
แก้ว 5-10
พลาสติก 2-4
กระดาษ 3.7
น้ำมัน 2.4
การประยุกต์ใช้ที่สำคัญ:
  • โครงสร้างอะตอมและโมเลกุล: กฎของคูลอมบ์อธิบายถึงแรงดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนและนิวเคลียสในอะตอม
  • วิศวกรรมไฟฟ้า: ใช้ในการออกแบบตัวเก็บประจุ ฉนวน และส่วนประกอบไฟฟ้าอื่นๆ
  • การเชื่อมโยงทางเคมี: พันธะไอออนและปฏิสัมพันธ์ไฟฟ้าสถิตในโมเลกุลถูกอธิบายโดยกฎของคูลอมบ์
  • ตัวกรองไฟฟ้าสถิต: ใช้ในการกำจัดอนุภาคจากกระแสแก๊สโดยการใช้ประจุไฟฟ้า
  • ฟ้าผ่า: การสะสมและการปล่อยประจุไฟฟ้าในเมฆสามารถอธิบายได้โดยใช้กฎของคูลอมบ์
  • กระบวนการทางชีวภาพ: กระบวนการทางชีวภาพหลายอย่างเกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ไฟฟ้าสถิตระหว่างโมเลกุลที่มีประจุ

เครื่องคำนวณกฎของคูลอมบ์คืออะไร?

เครื่องคำนวณกฎของคูลอมบ์เป็นเครื่องมือที่ออกแบบมาเพื่อช่วยผู้ใช้ในการคำนวณแรงไฟฟ้าสถิต สนามไฟฟ้า ศักย์ไฟฟ้า และพลังงานศักย์ระหว่างอนุภาคที่มีประจุ ตามกฎของคูลอมบ์ เครื่องมือนี้ช่วยให้การคำนวณที่เป็นพื้นฐานในฟิสิกส์ วิศวกรรมไฟฟ้า และเคมีง่ายขึ้น

สูตรกฎของคูลอมบ์

กฎของคูลอมบ์ถูกแสดงทางคณิตศาสตร์ว่า:

F = k × (|q₁ × q₂|) / r²

โดยที่:

  • F คือแรงไฟฟ้าสถิต (หน่วยนิวตัน, N).
  • k คือค่าคงที่ของคูลอมบ์ (8.9875 × 10⁹ N·m²/C²).
  • q₁ และ q₂ คือขนาดของประจุ (หน่วยคูลอมบ์, C).
  • r คือระยะห่างระหว่างศูนย์กลางของประจุทั้งสอง (หน่วยเมตร, m).

วิธีการใช้เครื่องคำนวณ

เครื่องคำนวณอนุญาตให้ผู้ใช้คำนวณค่าต่าง ๆ สี่ค่าตามกฎของคูลอมบ์:

  • แรงไฟฟ้าสถิต – กำหนดแรงระหว่างประจุสองตัว.
  • สนามไฟฟ้า – คำนวณความเข้มของสนามที่จุดที่กำหนด.
  • ศักย์ไฟฟ้า – คำนวณศักย์ที่ระยะห่างที่กำหนด.
  • พลังงานศักย์ – ประเมินพลังงานที่เก็บไว้ระหว่างประจุ.

ขั้นตอนการใช้เครื่องคำนวณ

  1. เลือกสิ่งที่คุณต้องการคำนวณ (แรง สนาม ศักย์ หรือพลังงาน).
  2. ป้อนค่าที่จำเป็นเช่น ขนาดของประจุและระยะห่าง.
  3. เลือกหน่วยสำหรับระยะห่าง (เมตร เซนติเมตร ฯลฯ).
  4. ปรับการตั้งค่าการแสดงผล (จำนวนทศนิยม การเขียนในรูปแบบวิทยาศาสตร์ ฯลฯ).
  5. คลิก "คำนวณ" เพื่อดูผลลัพธ์.

ทำไมต้องใช้เครื่องคำนวณนี้?

เครื่องมือนี้มีประโยชน์สำหรับนักเรียน วิศวกร และผู้เชี่ยวชาญที่ต้องการการคำนวณไฟฟ้าสถิตอย่างรวดเร็วและแม่นยำ มันช่วยในการ:

  • เข้าใจปฏิสัมพันธ์ไฟฟ้าสถิตพื้นฐานในฟิสิกส์.
  • แก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคที่มีประจุในเคมี.
  • วิเคราะห์แรงไฟฟ้าในวงจรและวัสดุ.

คำถามที่พบบ่อย

กฎของคูลอมบ์ใช้ทำอะไร?

กฎของคูลอมบ์ใช้ในการคำนวณแรงระหว่างอนุภาคที่มีประจุ มันช่วยในการเข้าใจปฏิสัมพันธ์ไฟฟ้าในแอปพลิเคชันทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมต่าง ๆ

เครื่องคำนวณนี้สามารถจัดการกับหน่วยที่แตกต่างกันได้หรือไม่?

ใช่ คุณสามารถเลือกหน่วยที่แตกต่างกันสำหรับระยะห่าง (เมตร เซนติเมตร มิลลิเมตร ฯลฯ) เพื่อให้ตรงกับความต้องการของคุณ

เครื่องคำนวณพิจารณาสื่อระหว่างประจุหรือไม่?

ใช่ มีตัวเลือกในการรวมค่าคงที่ของวัสดุ ซึ่งคำนึงถึงผลกระทบของสื่อที่มีต่อแรงไฟฟ้าสถิต

จะเกิดอะไรขึ้นถ้าฉันป้อนประจุลบ?

ค่าลบแสดงถึงอนุภาคที่มีประจุลบ เช่น อิเล็กตรอน เครื่องคำนวณจะกำหนดโดยอัตโนมัติว่าแรงนั้นเป็นแรงดึงดูดหรือแรงผลักตามเครื่องหมายของประจุ

บทสรุป

เครื่องคำนวณกฎของคูลอมบ์เป็นเครื่องมือที่ทรงพลังและใช้งานง่ายสำหรับการคำนวณคุณสมบัติไฟฟ้าสถิต ไม่ว่าคุณจะกำลังศึกษาเรื่องฟิสิกส์ ทำงานเกี่ยวกับปัญหาวิศวกรรม หรือวิเคราะห์แรงไฟฟ้า เครื่องมือนี้ให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำอย่างรวดเร็ว