بحث عن قانون كولوم

محتويات

• ١ قانون كولوم
  • ١.١ تعريف قانون كولوم
  • ١.٢ ملاحظات على قانون كولوم:
  • ١.٣ أمثلة على قانون كولوم

قانون كولوم

تُقسم الشحنات الكهربائية في الطبيعة إلى نوعين، هما: الشحنات الكهربائية الموجبة وهي الشحنات التي تتولد على قضيبٍ من الزجاج أو مادة أسيتات السليولوز عند دلكه بقطعة حرير، والشحنات الكهربائية السالبة، وهي الشحنات التي تتولد على قضيبٍ من مادة الأبونايت أو البوليثين عند دلكه بقطعة صوف، وتتولد بين الشحنات المتشابهة قوى تنافر، بينما تمتلك الشحنات المختلفة قوى تجاذب، ولمعرفة العلاقة التي تحكم عمليات التنافر والتجاذب بين الشحنات الكهربائية، وضع العالم تشارلز كولوم قانوناً رياضياً يُدعى (قانون كولوم).

تعريف قانون كولوم يُدعى أيضاً قانون التربيع العكسي، وهو قانونٌ فيزيائيٌ يصف التفاعل بين الجسيمات المشحونة كهربائياً، ويُعتبر الأساس في تطوير النظرية الكهرومغناطيسية، وحتّى يضع كولوم قانونه أجرى تجاربه في ظروفٍ طبيعيةٍ وباستخدام ميزان كافيندش، وقد وجد أنّ قوة التجاذب أو التنافر بين شحنتين تتناسب طردياً مع القيمة المطلقة لحاصل ضرب الشحنتين، وعكسياً مع مربع المسافة بينهما، كما وجد أنّ نوع الوسط الذي يفصل بين الشحنتين له تأثيرٌ على قوى التجاذب أو التنافر ( لكلّ وسطٍ فاصلٍ بين شحنتين مقدارٌ ثابتٌ يُسمى معامل نفاذية الوسط)، وعليه فإنّ قانون كولوم يكون:

قوة التجاذب أو التنافر = ثابت × ((مقدار الشحنة الأولى × مقدار الشحنة الثانية)÷المسافة بينهما تربيع))

ق = ثابت × ( (ش1 × ش2 ) \ ف²) حيث إنّ الثابت هو ثابت كولوم ووحدة قياسه نيوتن متر مربع لكلّ كولوم تربيع، ويُساوي 9× 109 نيوتن.م2\كولوم2

ملاحظات على قانون كولوم:

• تقع القوة الكهروستاتيكية على الخط الواصل بين الشحنتين.
• تعويض الشحنات يكون دون تعويض إشارتها، فالشحنة السالبة تُعوّض قيمتها دون الإشارة السالبة.
• يجب تحديد اتجاه القوة (تجاذب أو تنافر) بعد إيجاد قيمة القوة في نهاية الحل.
• إذا كان المطلوب تأثير شحنتين أو أكثر على شحنةٍ واحدة، يُستخدم قانون كولوم لكلّ شحنةٍ على حدى.
• الوحدات المستخدمة حسب النظام الدولي للوحدات، وتتغيّر باختلاف النظام المُستخدم.
• يُمكن الاستعانة بالرسم فهو يُسهّل الفهم والحل.

أمثلة على قانون كولوم

• مثال1: شحنتان نقطيتان حرتان سالبتان وبينهما مسافة، ما نوع القوة التي تربط بينهما وما اتجاه حركتهما؟
• الحل: بما أنّ الشحنتين متشابهتين (سالبتين) فبينهما قوّة تنافر، لذلك يكون اتجاه حركة الشحنتين على الخط الواصل بينهما مبتعدتين كلّ شحنةٍ عن الأخرى.
• مثال2: شحنتان حرتان في الهواء قيمة الشحنة الأولى تساوي 2×10-6 كولوم، وقيمة الشحنة الثانية تساوي 4×10-6 كولوم، والمسافة بينهما تساوي 3 أمتار، ما مقدار القوة المؤثرة على الشحنة الثانية؟
• الحل: بما أنّ الشحنتين مختلفتين في الإشارة، فإنّ القوة المؤثرة على الشحنة الثانية هي قوة تجاذب مع الشحنة الأولى وتساوي حسب القانون:
  • قوة التجاذب = ثابت×((مقدار الشحنة الأولى×مقدار الشحنة الثانية)÷المسافة بينهما تربيع))
  • ق= ثابت×((ش1× ش2) \ ف2)
  • بتعويض قيمة الثابت = 9×109، وش1 = 2×10-6، و ش2=4×10-6 وف2= 9 ينتج أنّ: قوة التجاذب = 8×10 نيوتن، واتجاه القوة ش2 ← ش1 لأنّها قوة تجاذب.