شرح قانون كولوم
شرح قانون كولوم هو واحد من القوانين التي تحسب القوى الكهربائية التي ستؤثر على القوة الكهربائية والتي لها تأثير على الشحنات الكهربائية، وقد اكتشف هذا القانون من قبل الفيزيائي الفرنسي شارل أوغستان دي كولوم في القرن الثامن عشر، وكان يسمى هذا القانون باسمه، حيث استخدم كولوم جهازا يسمى الميزان للوصول إلى هذا القانون واكتشاف قوة كهربائية بين الجسيمات. ستتطرق موسوعة إلى شرح مفصل لهذا القانون والأفكار العلمية المتعلقة به.
شرح قانون كولوم
كان هذا القانون ينص على أن القوة الكهربائية المتبادلة بين الشحنات الكهربية تتناسب طرديا مع مقدار تلك الشحنتين وتتناسب عكسيا مع مربع المسافة التي تفصل بينهما
- هذا يعني أن أي جسمين مشحونين أو شحنتين كهربائيتين سوف تتأثر كلاهما بقوة كهربائية متساوية.
- ومع ذلك، سيكون للتأثير اتجاه عكسي ويعود هذا إلى قانون نيوتن الثالث.
- ينص على أن لكل فعل رد فعل مساو له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه، ومن الممكن أن نفكر في تأثير الشحنة الأولى على قوة الرد الفعل.
- كان للتفاعل تأثير على الشحنة الثانية التي تعمل في اتجاه القوة الأولى. ومن الممكن أن يكون لهذا التأثير اتجاه معاكس لاتجاه الفعل بقوة.
- وكما أن تلك القوة تتأثر بعدة عوامل، والتي تكون كما يلي:
- عندما تكون هناك علاقة طردية، يكون هناك شحنتين كهربيتين متساويتين.
- سماحية الوسط الكهربائي، والتي ترمز لها بالرمز ε وتتميز بالعلاقة العكسية.
- بالإضافة إلى المسافة المربعة التي كانت بين الشحنتين وبنسبة عكسية.
الصيغة الرياضية لقانون كولوم
- يمكنك التعبير عن هذا القانون بشكل رياضي كما سيتم توضيحه فيما يلي:
- ق = أ (شـ1 شـ2) / ف²
- حيث أن تلك الرموز تقوم بتشكيل ما يلي :
-
ق و F : هي القوة الكهربائية التي تنشأ بين جسمين ويتم قياسها بوحدة النيوتن.
-
أ و A : هو ثابت النسبة المتناسبة التي تكون وحدته نيوتن في المتر المربع لكل كولوم مربع، وهذا القيمة تعتمد على السماحية الكهربية في الوسط.
-
شـ1 شـ2 و q1 q2 : هي كمية الشحنة الأولى والشحنة الثانية التي يحددها وحددها القانون كولوم.
-
ف و d : هي المسافة التي تفصل بين الشحنتين وتقاس بالأمتار.
- يمكنك أيضا كتابة هذا القانون بتفصيل واضح وذلك استنادا إلى ما يلي:
-
ق = 1/(4πε) × (شـ1 شـ2) / ف²
-
تحليل قانون كولوم
وفقا لقانون كولوم، هناك ثلاث متغيرات تؤثر في القوة الكهربائية وهي الشحنتين والمسافة بينهما بمقدار وحدة الأمتار، ويكون ذلك على النحو التالي:
- اتجاه القوة الكهربائية يعتمد على ما إذا كانت تلك الأجسام المشحونة ذات شحنة مماثلة أو معاكسة، فإذا كانت الشحنتان سالبتان أو موجبتان فإنهما تتنافران.
- بنفس الطريقة يعملون على جذب بعضهم البعض على طول الخط الذي كان يفصل بين الشحنتين بشكل مباشر، ولا يحدث تلامس.
- قوة التجاذب أو التنافر تختلف حسب المسافة بين الشحنات، فإذا زادت المسافة بينهما فإن هذه الخاصية تضعف للربع. بالإضافة إلى ذلك، إذا اقتربت الشحنات بمعدل 10 مرات، فسوف تزداد قوة التجاذب أو التنافر.
مفهوم الشحنة الكهربائية
- الشحنة هي اكتساب الإلكترونات أو فقدانها حيث أنها تعتبر من الخصائص الفيزيائية للمادة وكذلك تتكون أيضا من مجموعة من الذرات والتي طالما أن لها شحنات متساوية.
- وهكذا هو في طبيعتها عندما يكون عدد البروتينات الموجودة متساويا للسالب، وهذا يعتمد على عدد الإلكترونات والشحنة المحايدة وخاصة عندما يفقد الجسم الإلكترونات.
- تتزايد عدد الشحنات السالبة وكما تم ذكره في الفقرة السابقة أن شحنة كولوم هي وحدة قياس.
خصائص الشحنة الكهربية
- الشحنة لديها العديد من الخصائص، وكان من أهمها أن الشحنة هي ضعف الشحنة الإلكترونية، وهذا يعني أن الشحنة تكون عددا صحيحا مضروبا في شحنة الإلكترونات.
- هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الشحنات وهي الشحنات الموجبة والشحنات المحايدة مثل النيوترونات والفوتونات.
- كان الجزء الثالث من الشحنات السالبة مثل الإلكترونات.
أنواع الشحنة الكهربائية
الثابت في علم الفيزياء هو القيمة التي لا تتغير، ومن بين الثوابت في علم الفيزياء هو نوع الشحنات الكهربائية التي تحملها الجسيمات في المادة دون الذرية.
- الشحنة الموجبة هي تلك التي تحتوي على بروتونات، حيث أن وجود شحنة موجبة في الجسم يعني أنه يحتوي على عدد أكبر من البروتونات بالمقارنة مع الإلكترونات.
- الشحنة السالبة هي تلك التي تحتوي على الكترونات، فعندما يكون للجسم شحنة سالبة فذلك يعني أنه يحتوي على عدد أكبر من الكترونات من البروتونات.
- الشحنة المحايدة هي التي تحمل قيمة صفرية وتتواجد في النيوترونات عندما يكون هناك عدد متساو من الشحنات الإيجابية والسالبة، فإذا تم تواجد تلك الشحنات معا ستلغي بعضها البعض ويصبح الجسم محايدا.
تطبيقات حياتية على قانون كولوم
هناك تطبيقات عديدة يمكن استخدامها في الحياة اليومية وتطبيقات تكنولوجية أخرى لقانون كولوم، وسنذكر بعض هذه التطبيقات فيما يلي:
الطلاء الإلكتروستاتيكي
-
يستخدم هذا القانون أثناء عملية طلاء الأسطح المعدنية مثل السيارات.
- ويستند هذا على مبدأ رش الرذاذ للطلاء والذي يحمل شحنات موجبة على الأسطح التي ترغب في طلائها.
- هذا يؤدي إلى توزيع متساو على الأسطح التي تحتاج إلى طلاء والتي تحمل أيضا شحنات سالبة.
ذوبان ملح الطعام في الماء
- ملح الطعام هو مركب قطبي يمكن أن يتسبب في تفاعل يسمى تفاعل إلكتروستاتيكي ويحدث بين أيونات المذيب والمذاب السالبة والموجبة.
قضيب الزجاج المشحون
- عندما تقوم بفرك قضيب زجاج بأحد أنواع القماش مثل الصوف أو الحرير.
- هكذا يكتسب شحنة كهربائية وصفات كهربائية، ويتفاعل مع الأجسام بالقوى التجاذبية والتنافرية.
تنقية الهواء الإلكتروستاتيكي
- تتأين جزيئات الغبار وأيضا الدخان الموجود في الهواء عن طريق مرورها عبر الخلية الكهربائية المشحونة، وذلك يؤدي إلى شحن تلك الجزيئات.
- كذلك، تنتقل هذه عبر الأغبرة والأدخنة إلى وحدة قد تحمل الشحنات الكهربائية المختلفة.
- كما يمكن أن تنشأ قوى جذب تؤدي إلى تجميع تلك الشحنات الكهربائية غير المتجانسة، مما ينشئ قوى جذب.
شحن مشط الشعر
- عند تمرير المشط على الشعر، يكتسب الشعر شحنة كهربائية ليكون قادرا على جذب الجسيمات الصغيرة الأخرى.
الطباعة الجافة
- هذه هي الطريقة التي تعتمد بشكل أساسي على نقل المواد بالتوصيل الكهربي، عندما تتعرض لشحنات متعاكسة.
لقد انتهينا من مناقشة قانون كولوم حيث شرحنا قانون كولوم وتناولنا العديد من المعلومات مثل الصيغة الرياضية وأجرينا تحليلا للقانون وقدمنا شرحا مفصلا له، وفي النهاية ذكرنا بعض التطبيقات الخاصة به.
كما يُمكنك قراءة المزيد من المواضيع عبر الموسوعة العربية الشاملة :
- ما هي مجالات الكهرباء؟ قانون مجال الكهرباء وأنواعه
- القوة المتبادلة بين الكترونين هي
- بحث عن المجالات الكهربائية
- بحث عن الكهرباء التيارية وخصائصها