4. Закон Кулона – закон взаємодії нерухомих точкових зарядів.

Французький військовий інженер Шарль Кулон виготовив чутливі крутильні терези для перевірки припущення, щодо закону взаємодії зарядів.

Це питання хвилювало всіх фізиків впродовж усіх 2 тисяч років. Але вирішення його утруднювалося тим, що електричні заряди надзвичайно малі, щоб з ним проводити досліди. А досліджувати треба саме малі заряди (мікрочастки), бо на силу взаємодії зарядів може впливати гравітаційна сила, якщо електрично взаємодіючі тіла будуть великої маси.

Таким чином:

- з одного боку з малими частками експериментувати важко;

- з другого боку з макротілами експериментувати можна, але електрична взаємодія вуалюється гравітаційною взаємодією як між самими тілами, так і між ними та Землею.

Такі причини, що не дозволили протягом довгого часу встановити закон взаємодії.

Винахід Кулона дозволив проводити досліди із надзвичайно малими зарядами, буквально е, 2е і т.д.. З іншого боку, крутильні терези дозволили знехтувати гравітацією. До Кулона були зроблені припущення, що взаємодія точкових зарядів може бути аналогічною до взаємодії точкових мас, що встановив Ньютон

.

Досліди Кулона закінчились у 1795 році, коли він остаточно переконався, що

д ва точкових заряди q₁ і q₂ діють один на другий з однаковими і протилежними силами F₁₂ і F₂₁. Модулі сил рівні добутку зарядів q₁ q₂, розділеному на квадрат відстані r між ними. Направленні сили вздовж лінії, що проходять крізь них.

.

Оскільки з малюнка видно, що у різних напрямках сила взаємодії буде різною, то важливо вміти записувати закон Кулона у векторній формі

, або

,

де - коефіцієнт пропорційності.

У системі СГС ,

СІ Н м²/Кл²

- електрична стала (діелектрична проникність вакууму 8.85 10^-12 Кл²/Н м²

Якщо взаємодія між зарядами відбувається у якомусь середовищі, що має діелектричні властивості, то сила взаємодії зменшується на певну величину. Такою величиною є відома характеристика діелектриків – відносна діелектрична проникність .

.

Виходить, що середовище “екранує” один заряд від одного і це дійсно так. Це ми доведемо пізніше.