Закон Кулона

Закон взаимодействия неподвижных точечных электрических  зарядов установлен в 1785 г. Ш. Кулон использовал для этого крутильные весы, подобные тем, которые используют для определения гравитационной постоянной.

Точечным называют заряд, сосредоточенный на теле, линейные размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которыми он взаимодействует. Понятие точечного заряда, как материальной точки, является физической абстракцией.

Закон Кулона: сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна зарядам Q₁ и Q₂ и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними:

           F = k|Q₁Q₂| / r₂, где

k - коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц.

Сила F направлена по прямой, соединяющей взаимодействующие заряды, т. е. является центральной, и соответствует притяжению  (F < 0) в случае разноимённых зарядов и отталкиванию (F > 0) в случае одноимённых зарядов. В векторной форме закон Кулона имеет вид

                     F₁₂  = ( k|Q₁Q₂| / r₂) · (r₁₂ / r) , где

F₁₂  - сила, действующая на заряд Q₁ cо стороны заряда Q₂, r₁₂ - радиус-вектор, соединяющий заряд Q₂ с зарядом Q₁, r = |r₁₂|(см. рис.). На заряд Q₂ со стороны заряда Q₁ действует сила F₂₁ = - F₁₂.

В СИ коэффициент пропорциональности равен

          k = 1/(4πε₀)

Тогда закон Кулона можно записать в окончательном виде

          F = 1 / (4πε₀) · |Q₁Q₂| / r₂

Величина ε₀ называется электрической постоянной; она относится к числу фундаментальных физических постоянных и равна

          ε_{0 =} 8,85 · 10^-12  Кл²/(Н·м²),

или

          ε_{0 =} 8,85 · 10^-12  Ф/м , где фарад (Ф) - единица электрической ёмкости.

Тогда можно посчитать коэффициент пропорциональности

          k = 1/(4πε₀) = 1 / (4·3,14·8.85·10^-12) = 9·10⁹ м/Ф