تسجيل الدخول

تسجيل

قانون كولوم (Coulombs Law)

المؤلف:  الدكتور محمد بن علي أحمد آل عيسى

المصدر: 

الجزء والصفحة:  ص5

2026-04-18

424

أجريت في نهاية القرن الثامن عشر كثير من التجارب العملية لمعرفة خواص الكهرباء الساكنة، وقد ساهم العلماء بيرنو (Berno ) 160) وبرستلي (J. Priestly)، كيفندش (Handish ببعض التجارب المتقدمة، إلى أن جاء العالم الفرنسي كولوم (Charles Augustin de Coulomb) 1784 الذي أنهى كل التجارب المتعلقة بالقوى الكهربية الساكنة بين الشحنات باستعمال ميزان الالتواء الحساس

(torsion balance) المبين في الشكل (1). وقد استعمل كولوم شحنتين متشابهتين لدراسة القوى الناتجة بينهما على أساس :

ا - تغيير مقدار الشحنتين.

ب - تغيير المسافة بين الشحنتين .

إذا قربت الشحنة، B ، شكل (1)، إلى الشحنة المشابهة A وكلتاهما حرة الحركة فإن A سوف تنافر B وتبتعد عنها مسافة معينة فإذا أعيدت التجربة مرة أخرى بجعل شحنة B نصف قيمة شحنتها السابقة وذلك بجعل الكرة B تلامس كرة أخرى متعادلة الشحنة فإن الشحنة A ستبتعد في هذه الحالة مسافة أقل من هذه الحالة مسافة أقل من المسافة في الحالة الأولى

شكل (1) میزان الالتواء لدراسة قانون كولوم

وهكذا . . . ونتيجة الإجراء سلسلة من هذه التجارب استنتج العالم كولوم القانون التالي

المعروف باسمه :

تتناسب قوة التجاذب (attraction) أو التنافر (repulsion) التي يؤثر بها جسيم مشحون بشحنة و على آخر شحنته و طرديا مع حاصل ضرب شحنتي الجسيمين وعكسيا مع مربع المسافة التي تفصل بينهما r » كما في شكل (2) .

أي أن :  

شكل (2 ) :

 أ - قوة التجاذب بين جسيمين مختلفين من نوع الشحنة

ب - قوة التنافر بين جسيمين لهما نوع الشحنة نفسها.

حيث K_e ثابت التناسب وقيمته تعتمد على نظم الوحدات المستعملة والوسط الفاصل بين الشحنتين. ونظم الوحدات المستخدمة في علم الكهرباء الساكنة كثيرة وأكثرها استخداما النظـامـان الـعـالمـي (the international system of units (SI والجاووسي Gaussian system .

.

ففي النظام العالمي تكون القوة مقدرة بالنيوتن والمسافة بالمتر والشحنة بالكولوم. أما قيمة ووحدة ثابت التناسب Ke فتكتب عادة بالصورة التالية:

حيث تسمى ε₀​ بسماحية الفراغ permittivity of free space). ونحصل من المعادلتين (1) و (2) علی :

وفي النظام الجاووسي تكون القوة مقدرة بالداين والمسافة بالسنتيمتر والشحنة باستات كولوم أما قيمة الثابت Ke فهو الواحد حيث:

وبذلك تأخذ المعادلة (1) الصورة التالية:

ي هذا النظام تعرف وحدة الشحنة الكهرواستاتيكية أو استات كولوم بأنها تلك الشحنة التي إذا وضعت على بعد 1 سم من شحنة مماثلة لها في النوع ومساوية لها في المقدار تنافرت معها بقوة قدرها 1 داين..........

أما بالنسبة للعلاقة بين النظامين لهذه المقادير فهي :

فإذا كان لدينا شحنتان متساويتان قيمة كل منهما كولوم واحد والمسافة بينهما متر واحد فإنه حسب المعادلة (1) تكون قيمة القوة هي

ولذلك إذا استخدم النظام العالمي  (S.I) في المعادلة(1) فإن القيمة العددية لثابت التناسب   K_eلا بد أن تساوي المقدار 10⁹×8.988  .

على ذلك فإن سماحية الفراغ ε₀​ هي

القوة الاستاتيكية بين الجسيمات هي كمية متجهة ( vector quantity) إذا كان دينا جسيمان مشحونان فإن القوة المؤثرة على كل منهما تكون على الخط الواصل بينهما إذا فرضنا متجها لوحدة الأطوال رمزه i_r[حيث وذلك حسب المعادلة (ب -6)] فإن المعادلة (3) صبح كالتالي:

ما المعادلة (5) فتصبح كالتالي:

ما إذا كان لدينا شحنات كثيرة فإن محصلة القوى المؤثرة على شحنة ما هي المجموع الاتجاهي لكل القوى الواقعة على هذه الشحنة.

إذا أثرت الشحنات q₃,q₂,q₁ على الشحنة q وبقوى قدرها   F₃,F₂,F₁ على الترتيب،

كما في شكل(3) فإنه حسب المعادلة(8).يكون لدين:

حيث ₁,r ₂,r ₃r بعد و عن q₃,q₂,q₁ على الترتيب :

وتكون القوة المحصلة هي المجموع الاتجاهي لهذه القوى أي أن:

وبصورة عامة فإن

شکل (3) : القوى الناشئة عن مجموعة من الشحنات