מהו חוק קולומב?
החוק של קולומב משמש בתחום הפיזיקה עד לחשב את הכוח החשמלי הפועל בין שני מטענים במנוחה.
מחוק זה ניתן לחזות מה יהיה כוח המשיכה או הדחייה האלקטרוסטטי הקיים בין שני חלקיקים בהתאם למטען החשמלי שלהם ולמרחק ביניהם.
חוק קולומב חייב את שמו לפיזיקאי הצרפתי שארל-אוגוסטין דה קולומב, אשר בשנת 1875 חוקק חוק זה, ומהווה את הבסיס לאלקטרוסטטיקה:
"הגודל של כל אחד מהכוחות החשמליים שבאמצעותם שני מטענים נקודתיים מתקשרים במנוחה הוא פרופורציונלי ישירות לתוצר של גודל שני המטענים וביחס הפוך לריבוע המרחק המפריד ביניהם ובכיוון הקו המצטרף. אותם. הכוח הוא של דחייה אם המטענים הם מאותו סימן, ומשיכה אם הם מהסימן ההפוך ”.
חוק זה מיוצג באופן הבא:
- F = כוח משיכה חשמלי או דחייה בניוטונים (N). כמו חיובים דוחים והמטען ההפוך מושך.
- k = הוא ה קבוע קולומב או קבוע פרופורציונאלי חשמלי. הכוח משתנה בהתאם לחדירות החשמלית (ε) של המדיום, בין אם זה מים, אוויר, נפט, ואקום.
- מה = ערך המטענים החשמליים הנמדדים בקולומב (C).
- ר = מרחק המפריד בין המטענים שנמדד במטרים (מ ').
יש לציין שהיתר החשמלי של הוואקום הוא קבוע, ואחד הנפוצים ביותר. זה מחושב כדלקמן: ε 0 = 8.8541878176x10-12 ג2 / (ננומטר2). חשוב ביותר לקחת בחשבון את היתירות החומר.
הערך של קבוע הקולומב במערכת המדידות הבינלאומית הוא:
חוק זה לוקח בחשבון רק את האינטראקציה בין שתי מטענים נקודתיים בו זמנית וקובע רק את הכוח הקיים בין q1 ומה2 בלי להתחשב בעומסים מסביב.
קולומב הצליח לקבוע את תכונות הכוח האלקטרוסטטי על ידי פיתוח איזון פיתול כמכשיר מחקר, שהורכב מבר תלוי על סיב עם יכולת להתפתל ולחזור למקומו הראשוני.
באופן זה, קולומב יכול היה למדוד את הכוח המופעל על נקודה על המוט על ידי הצבת מספר כדורים טעונים במרחקים שונים על מנת למדוד את הכוח האטרקטיבי או הדוחה בזמן שהמוט מסתובב.
כוח אלקטרוסטטי
מטען חשמלי הוא רכוש של חומר והוא הגורם לתופעות הקשורות לחשמל.
אלקטרוסטטיקה היא ענף הפיזיקה החוקר את ההשפעות שנוצרות בגופים בהתאם למטענים החשמליים שלהם בשיווי משקל.
הכוח החשמלי (F) פרופורציונאלי למטענים שמתאחדים ביחס הפוך למרחק ביניהם. כוח זה פועל בין המטענים באופן רדיאלי, כלומר קו בין המטענים, ומכאן שהוא וקטור רדיאלי בין שני המטענים.
לכן, שני מטענים של אותו סימן מייצרים כוח חיובי, למשל: - ∙ - = + או + ∙ + = +. מצד שני, שני מטענים עם סימנים מנוגדים מייצרים כוח שלילי, למשל: - ∙ + = - או + ∙ - = -.
עם זאת, שני מטענים עם אותו סימן דוחים (+ + / - -), אך שני מטענים עם סימנים שונים מושכים (+ - / - +).
דוגמא: אם אתה משפשף קלטת טפלון בכפפה, הכפפה טעונה באופן חיובי והקלטת טעונה שלילית, ולכן כשהם מתקרבים הם מושכים זה את זה. כעת, אם אנו משפשפים בלון מנופח בשיערנו, הבלון יוטען באנרגיה שלילית וכשהוא מתקרב לקלטת הטפלון, שניהם דוחים זה את זה מכיוון שיש להם אותו מטען.
כמו כן, כוח זה תלוי במטען החשמלי ובמרחק ביניהם, זהו עיקרון בסיסי של אלקטרוסטטיקה, כמו גם חוק החל על טעינות במנוחה במסגרת ייחוס.
ראוי להזכיר שבמרחקים קטנים כוחות המטענים החשמליים גוברים, ובמרחקים גדולים כוחות המטענים החשמליים יורדים, כלומר הם יורדים ככל שהמטענים מתרחקים זה מזה.
גודל הכוח
גודל הכוח האלקטרומגנטי הוא כזה המשפיע על גופים המכילים מטען חשמלי, ויכול להוביל לשינוי פיזיקלי או כימי מכיוון שגופים יכולים למשוך או להדוף זה את זה.
לכן, העוצמה המופעלת על שני מטענים חשמליים שווה לקבוע של המדיום בו המטענים החשמליים ממוקמים על ידי המרכיב בין המוצר של כל אחד מהם לבין המרחק המפריד ביניהם בריבוע.
גודל הכוח האלקטרוסטטי הוא פרופורציונלי לתוצר של גודל המטענים q1 כי2. הכוח האלקטרוסטטי מטווח קרוב מאוד חזק.
דוגמאות לחוק קולומב
להלן דוגמאות שונות לתרגילים בהם יש להחיל את חוק קולומב.
דוגמה 1
יש לנו שני מטענים חשמליים, אחד של + 3c ואחד של -2c, מופרדים על ידי מרחק של 3m. כדי לחשב את הכוח הקיים בין שני המטענים, יש להכפיל את הקבוע K בתוצר של שני המטענים. כפי שניתן לראות בתמונה, הושג כוח שלילי.
דוגמה מאוירת ליישום החוק של קולומב:
דוגמה 2
יש לנו עומס של 6 x 10-6ג (ש1) המרוחק 2 מטר מעומס -4 x 10-6ג (ש2). אז מה גודל הכוח בין שני המטענים הללו?
ל. המקדמים מוכפלים: 9 x 6 x 4 = 216.
ב. המעריכים מתווספים באופן אלגברי: -6 ו- -6 = -12. עכשיו -12 + 9 = -3.
תשובה: F = 54 x 10-3 נ.
דוגמאות לתרגילים
1. יש לנו עומס של 3 x 10-6ג (ש1) ועומס נוסף של -8 x 10-6ג (ש2) במרחק של 2 מ '. מה גודל הכוח האטרקטיבי הקיים בין השניים?
תשובה: F = 54 X 10-3 נ.
2. קבע את הכוח הפועל בין שני מטענים חשמליים 1 x 10-6ג (ש1) ועוד 2.5 x 10 עומס-6ג (ש2), שנמצאים במנוחה ובוואקום במרחק של 5 ס"מ (זכרו להביא את הס"מ ל- m בעקבות מערכת המדידות הבינלאומית).
תשובה: F = 9 N.
