m8q5qj
OBIECTUL ELECTROSTATICII
Putem constata experimental ca unele corpuri, de pilda rasina, ebonita, ceara
rosie sau sticla capata insusirea sa atraga obiecte usoare : fulgi de pasare,
fire de bumbac sau bucatele de hartie, dupa ce le frecam cu o stofa de lana,
cu o blana sau cu o bucata de matase.
Aceasta insusire dispare destul de repede, dar poate sa reapara dupa o noua
frecare.
Fenomenul o fost observat mai intai la chihlimbar. Filozoful grec Thales din
Milet, care trait acum 2500 de ani, este primul care-l aminteste, doar ca o
simpla curiozitate si spune ca l-a aflat de la o tesatoare. Apoi a cazut in
uitare.
Abia pe la 1600 medicul englez Gilbert, reluan cercetarile, constata ca mai
sunt si alte corpuri, cu aceeasi propietate si, dupa numele grecesc al chihlimbarului(
elektron), numeste electrizare fenomenul care le aduce in aceasta situatie.
Vom spune deci ca acele corpuri se electrizeaza prin frecare, sau ca se incarca
cu electricitate.
Timp de aproape 200 de ani, studiul electricitatii s-a limitat apoi la o acumulare
treptata de observatii calitative.
Legatura cantitativa s-a putut stabili numai dupa ce incercarile lui Cavendish,
Priestley sau Daniell Bernoulli, urmate de cercetarile sistematice ale lui Charles
Auguste de Coulomb au dus la formularea matematica a legii de interactiune,
din care putem calcula fortele dezvoltate si stabili unitatile de masura pentru
ceea ce numim cantitate de electricitate ori sarcina electrica.
De aici inainte intrm pe teritoriul adevaratei cercetari stiintifice, prin care
determinarile din laborator, unite cu calculul matematic, au dus, in cateva
decenii, la inchegarea electrostaticii.
Electrostatica este studiul electricitatii in echilibru.
Pentru observarea calitativa a interactiunilor electrice, putem folosi un dispozitiv
simplu si usor de realiza : pendulul electric.
El consta intr-o bobita usoara, din pluta sau de maduva de soc, atarnata cu
un fir subtire de matase, pe un suport convenabil.
Aceasta bobita poate fi, eventual inlocuita prin cilindrul de hartie al unei
tigari, golita de tutun.
LEGEA LUI COULOMB
In 1785, Coulomb a gasit experimental relatia cantitativa care exprima forta
de interactiune, in functie de sarcinile electrice in przenta si de distanta
respectiva.El s-a servit de o balanta de torsiune.
O bara izolanta, cat mai usoara, este suspendata cu ujn fir subtire. Ea poarta,
la un capat, o mica sfera conductoare, iar la capatul opus e lipita o aripioara
de hartie, care amortizeaza oscilatiile si, totodata echilibreaza greutatea
sferei.
O a doua sfera, egala in diametru, este fixata rigid, pe un suport izolant,
la nivelul primei si la aceeasi distanta, fata de firul de suspensie al barei.
Tot sistemul este introdus intr-un cilindru protector, de sticla, unde o substanta
higroscopica absoarbe vaporii de apa, ca sa asigure o cat mai buna izolare.
1.In prima seriie de ercetari, se incarca ambele sfere cu cate o sarcina electrica
oarecare. Ele se atrag sau se resping si, cu ajutorul unghiului de torsiune
al firului, putem determina forta de interactiune.
Rezultatul experientelor ne duce la concluzia ca aceasta forta este invers proportionala
cu patratul distantei dintre centrele sferelor.
2.In a doua srie de cercetari, cele doua sfere, prealabil electrizate, sunt
descarcate treptat, prin atingere cu o a treia sfera izolata, de aceeasi marime,
dar neelectrizata.
Prin atingeri succesive, se poate reduce sarcina oricareia din sfere, intai
la jumatate din valoarea initiala, apoi la un sfert si asa mai departe.
Rasucind capatul de sus al firului de suspensie, asa ca sa reducem, de fiecare
data, sferele la distanta la care se gaseau inainte de electrizare, unghiul
de torsiune respectiv ne permite iarasi sa calculam forta de interactiune, pentru
diferitele valori ale sarcinilor.
Iar daca notam cu Q si Q’ sarcinile initiale, constatam experimental ca,
dupa diferitele descarcari succesive, pentru sarcinile Q si Q’ forta masurata este F pentru sarcinile Q/2 si Q’ forta masurata este F/2 pentru sarcinile Q/2 si Q’/2 forta masurata este F/4 si asa mai departe.
De aici se vede ca, indiferent de unitatile in care am exprima sarcinile electrice,
forta de interactiune, la o distanta data, este proportionala cu produsul lor.
Aceste doua serii de cercetari ne duc impreuna la concluzia ca forta de interactiune
F, intre doua corpuri, incarcate ce sarcinile Q1 si Q2 si situate la distanta
r , se poate exprima prin relatia :
in care constanta de propartionalitate e caracterizeaza mediul separator, din
punct de vedere electric si se numeste constanta dielectrica sau permitivitate.
Valoarea ei numerica si dimensiunile fizice depind de sistemul unitatilor folosite.
Aceasta relatie, fundamentala in electrostatica, exprima legea lui Coulomb.
Cantitatile de electricitate Q, pe care le-am numit sarcini elecrice vor fi
considerate ca punctiforme, adica raspandite pe corpuri cu dimensiuni geometrice
practic neglijabile, in comparatie cu distanta care le separa.
Formula lui Coulomb este analoga cu formula lui Newton, prin care am exprimat
fortele de interactiune ale maselor gravitationale.
De aceea sarcinile elctrice se mai numesc uneori si mase electricei, dar aceasta
denumire tinde sa fie parasita.
Din acelasi motiv, tot asa cum fortele gravitationale se mai numesc si newtoniene,
vom numi coulombiene fortele de interactiune electrica.
In concluzie : fortele coulombiene, ce apar intre doua corpuri electrizate,
sunt direct proportionale cu produsu sarcinilor electrice si invers proportionale
cu patratul distantei care le separa.
Intensitatea acestor forte scade, cand creste permitivitatea mdiului dielectric.
Experientele lui Coulomb, care au dus la formularea legii, repetate chiar
si in conditiile de astazi, duc la rezultate destul de neprecise, fiindca fortele
e masurat sunt foarte mici.
Ele au mai mult o importanta istorica si de aceea este preferabil sa consideram
aceasta lege doar ca o ipoteza fundamentala si sa o verificam indirect, prin
consecintele ei.