قانون کولن

در مقاله قبلی با الکترواستاتیک و مفهوم بار الکتریکی آشنا شدیم. این قانون در سال 1785 توسظ شارل آگوستن دو کولن، فیزیکدان اهل کشور فرانسه، منتشر شد.

شارل آگوستن دو کولن (1806-1736)

نکته ای که شایسته توجه است این است که این قانون تنها برای ذره های باردار و اجسامی که به توان آنها را به مانند ذره در نظر گرفت، صادق است. آزمایشات نشان می دهد که اگر دو ذره باردار به یکدیگر نزدیک شوند، هرکدام به دیگری نیروی الکترواستاتیکی وارد می کند. جهت این نیرو به علامت دو بار وابسته است؛ اگر دو بار هم نام باشند، دو ذره یکدیگر را دفع و اگر دو بار ناهم نام باشد؛ دو ذره یکدیگر را جذب می کنند.

رابطه

آزمایشات نشان می دهد که بزرگی نیروی فوق الذکر با اندازه دو بار (ذره باردار) رابطه مستقیم و با مربع فاصله دو بار از هم رابطه عکس دارد:

(1)

که در رابطه بالا نیرو همیشه در راستای خط واصل دو بار است.

در رابطه بالا کمیت ثابت گذردهی خلا نامیده می شود که مقدار آن برابر است با:

کمیت دیگری که در حل مسائل بسیار مفید و تسهیل کننده است؛ ثابت کولن است که رابطه و مقدار آن بصورت زیر است:

اصل برهم نهی

این قانون را می توان به تعداد زیادی ذره باردار تعمیم داد. در صورتی که n ذره باردار در محیطی وجود داشته باشد؛ n-1 نیرو به هر ذره باردار وارد می شود و می توان برایند نیروها را از جمع برداری تک تک نیروها محاسبه کرد؛ اندازه هر کدام از این نیروها تنها وابسته به دو بار است و از رابطه 1 قابل محاسبه است. برای مثال در حضور n ذره، نیروی برایند وارد بر ذره 1 بصورت زیر است:

(2)

در رابطه بالا برای مثال نیروی وارده ذره باردار 2 بر ذره باردار 1 است.

*تمرین حل شده)

مطابق شکل بالا سه بار نقطه ای رو یک خط قرار گرفته اند؛ q=4C و q’=9C و فاصله مابین دو بار r=10cm است؛ x چند سانتی متر باشد تا بار منفی Q در تعادل قرار گیرد؟

شرط تعادل، صفر بودن برایند نیروی وارد بر Q است، با توجه به اصل برهم نهی، بزرگی نیرویی که q بر Q وارد می کند برابر است با بزرگی نیرویی که ‘q بر Q وارد می کند:

طرفین مشترک دو معادله را با هم ساده می کنیم، همانطور که از رابطه بالا مشخص است این فاصله تعادلی هیج وابستگی به اندازه بار Q ندارد:

مسائل بیشتری می خواهید؟

بزودی

درگاه قانون کولن در کوئستیو