إنه قانون فيزيائي يصف التفاعل بين الجسيمات الكهروستاتيكية والشحنات الكهربائية تم نشره في عام 1785 من قبل الفيزيائي الفرنسي شارل أوغسطين دي كولوم وكان ضروريا في تطوير النظرية الكهرومغناطيسية
إن العالم موجود بشكل أساسي بسبب قوة الجذب والصد ، وبسبب الصدمات بين الجزيئات ، تظل البيئة في شكل جيد التجهيز ومتوازن وأحد التطبيقات العملية لهذه النظرية هو قانون كولوم ، الذي يوضح مدى التنافر وقوة الجذب بين أي جزيئين ، وتوصل تشارلز أوغسطين دي كولوم إلى قانون كولوم عام 1784 [1] .
المحتويات
ما هو قانون كولوم
قانون كولوم يعطي فكرة عن القوة بين نقطتين ، وفي الفيزياء يكون حجم الأجسام المشحونة الخطية صغيرًا جدًا مقابل المسافة بينها لذلك ، نعتبرها رسومًا للنقطة حيث يصبح من السهل علينا حساب قوة الجذب والطرد بين النقطتين [1] .
وقانون كولوم هو عبارة عن وصف رياضي للقوة الكهربائية بين الأجسام المشحونة وصمم قانون كولوم عالم الفيزياء الفرنسي شارل أوغستان دي كولوم في القرن الثامن عشر ، وقام تشارلز أوغسطين دي كولوم عالم الفيزياء الفرنسي في عام 1784 بقياس القوة بين شحنتين ، وقد توصل إلى نظرية مفادها أن القوة تتناسب عكسيا مع مربع المسافة بين الشحنات ، ووجد أيضًا أن هذه القوة تتناسب بشكل مباشر مع ناتج الشحنات والأحجام فقط [2] .
كيفية عمل قانون كولوم
تتناقص كل من قوى الجاذبية والكهرباء مع مربع المسافة بين الأجسام ، وتعمل كلتا القوتين على طول خط بينهما ، ومع ذلك في قانون كولوم يتم تحديد حجم القوة الكهربائية ، وعلامة القوة الكهربائية بواسطة الشحنة الكهربائية ، وليس كتلة الجسم ، وهكذا تحدد الشحنة كيف تؤثر الكهرومغناطيسية على حركة الأجسام المشحونة ، وكل مكونات المادة لها شحنة كهربائية ذات قيمة يمكن أن تكون موجبة أو سالبة أو صفرية ، فعلى سبيل المثال ، يتم شحن الإلكترونات سالبًا ، ويتم شحن النواة الذرية بشكل إيجابي ومعظم المواد السائبة لها مقدار مساوٍ من الشحنات الموجبة والسالبة ، وبالتالي لا تحتوي على شحنة صفرية [2] .
ووفقا لهذه النظرية فأن هذا يعني أن الشحنات ذات العلامة نفسها ستدفع بعضها البعض بقوى بغيضة ، بينما الشحنات ذات العلامات المعاكسة ستسحب بعضها البعض بقوة جذابة [1] .
حدود قانون كولوم
يُستمد قانون كولوم من بعض الافتراضات ، ولا يمكن استخدامه بحرية مثل الصيغ العامة الأخرى ويقتصر القانون على النقاط التالية :
- يمكننا استخدام الصيغة إذا كانت الرسوم ثابتة (في وضع الراحة) .
- الصيغة سهلة الاستخدام أثناء التعامل مع الشحنات ذات الشكل المنتظم والسلس ، ويصبح من الصعب للغاية التعامل مع الشحنات ذات الأشكال غير المنتظمة .
- الصيغة صالحة فقط عندما تكون جزيئات المذيبات بين الجسيمات أكبر بما فيه الكفاية من كلتا الشحنتين . [1]
- قانون كولوم لا ينطبق إلا على رسوم نقطة في بقية النقاط .
- لا يمكن تطبيق قانون كولوم إلا في الحالات التي يتم فيها الامتثال لقانون التربيع العكسي .
- من الصعب تطبيق قانون كولوم حيث تكون النقاط في شكل تعسفي ؛ لأنه في مثل هذه الحالات لا يمكننا تحديد المسافة بين النقط. [3]
ووفقا لقانون كولوم فإن القوة الكهربائية للشحنات تكون متوفرة في بقية الخصائص التالية :
- الشحنتين السالبتين تتسببان في صد أحدهما الآخر ، في حين أن الشحنة الموجبة تجذب شحنة سالبة .
- تعمل الجاذبية أو الطرد على طول الخط الفاصل بين النقطتين .
- يتفاوت حجم القوة عكسيا مع مربع المسافة بين النقطتين لذلك ، إذا تضاعفت المسافة بين النقطتين ، يصبح الانجذاب أو الطرد أضعف حيث ينخفض إلى ربع القيمة الأصلية ، وإذا اقتربت التهم 10 أضعاف يزداد حجم القوة بعامل 100 .
- حجم القوة يتناسب مع قيمة كل شحنة والوحدة المستخدمة لقياس الشحنة هي كولوم (C) ، وإذا كانت هناك شحنتين موجبتين ، واحدة من 0.1 كولوم وثاني 0.2 كولوم ، فإنهم سيصدون بعضهم البعض بقوة تعتمد على المنتج 0.2 × 0.1 ، وبالتالي إذا تم تخفيض كل من الرسوم بمقدار النصف ، فسيتم خفض الطرد إلى ربع قيمته السابقة . [2]
ما هو أصل قانون كولوم
تم ملاحظة قانون كولوم لأول مرة في عام 600 قبل الميلاد من قبل الفيلسوف اليوناني تاليس ميليتوس ، حيث أنه قام بشحن جثتين بالكهرباء الساكنة ، وقاموا بطرد أو جذب بعضهما البعض اعتمادًا على طبيعة الشحنة نفسها ، وكانت هذه مجرد ملاحظة لكنه لم يثبت أي علاقة رياضية لقياس قوة الجذب أو الطرد بين الهيئات المشحونة ، وبعد قرون عديدة وفي عام 1785 ، نشر تشارلز أوغسطين دي كولوم وهو فيزيائي فرنسي العلاقة الرياضية الفعلية بين جثتين مشحونتين كهربائياً ، واستمد معادلة للصد أو قوة الجذب بينهما ، وهذه العلاقة الأساسية هي الأكثر شهرة باسم قانون كولوم .[4]
مقارنة بين القوى الكهربائية والجاذبية
القوة الكهربائية وقوة الجاذبية هما القوتان اللامستان اللذان تمت مناقشتهما في برنامج دروس الفيزياء ، وتشبه معادلة قانون كولوم للقوة الكهربائية تشابهًا قويًا مع معادلة نيوتن للجاذبية العامة ، وكل من المعادلتين لها شكل مماثل جدا وتُظهر المعادلتان علاقة مربعة عكسية بين القوة والمسافة ، وتبين المعادلتان أن القوة تتناسب مع ناتج الكمية التي تسبب قوة الشحن في حالة القوة الكهربائية والكتلة في حالة قوة الجاذبية ، ومع ذلك هناك بعض الاختلافات الملفتة للنظر بين هاتين القوتين وأولاً ، تكشف المقارنة بين ثوابت التناسب ، وتوضح أن ثابت قانون كولوم هو أكبر بكثير من ثابت الجاذبية العام لنيوتن ، وبعد ذلك ، ستجذب وحدة الشحن وحدة شحن بقوة أكبر بكثير من وحدة الكتلة ، وستجذب وحدة الكتلة أما عن قوى الجاذبية فهي جذابة فقط والقوى الكهربائية يمكن أن تكون جذابة أو مثيرة للاشمئزاز [5] .
أهمية قانون كولوم
ساعد قانون كولوم كثيرًا في معرفة وتفسير الكثير من الظواهر الحياتية المحيطة بالبشر ، وأوضح قانون كولوم أن هناك تشابه واضح بين القوة الكهربائية وقوة الجاذبية ، وأن القوة الكهربائية تكون أقوى بنسبة 1036 عن قوة الجاذبية ، وتكون أهمية قانون كولوم منحصرة في تفسير التفاعلات بين النواة والذرات . [6]
وبالتالي فإن معظم قوى تجربتنا اليومية غير الجاذبية بطبيعتها كهربائية وقانون كولوم هو نتيجة دقيقة للرسوم الثابتة وليس تقريبًا لبعض القوانين العليا ، ولا ينطبق هذا فقط على الأجسام العادية ، ولكن أيضًا على الجزيئات الأساسية مثل الإلكترونات ، ويظل قانون كولوم ساري المفعول في الحد الكمي ، وعندما تتحرك الجسيمات المشحونة بسرعة قريبة من سرعة الضوء مثل التسارع في الطاقة العالية لا يعطي قانون كولوم وصفًا كاملاً لتفاعلهم الكهرومغناطيسي ، وبدلاً من ذلك يجب إجراء تحليل أكثر اكتمالًا .
