بحث عن قانون كولوم
ما هو قانون كولوم؟
يعرف قانون كولوم بأنه قانون فيزيائي يخص القوة الكهربائية بين الأجسام المشحونة، إذ تتأثر قيمة هذه القوة بالشحنة الكهربائية للأجسام، كما تتناقص القوة مع زيادة المسافة بينها، ومن الجدير ذكره أن هذا القانون وضعه العالم شارل دي كولوم (Charles de Coulomb) في القرن الثامن عشر الميلادي.[١]
نص قانون كولوم وصيغته الرياضية
ينص قانون كولوم على أنَّ القوة بين شحنتين كهربائيتين تتناسب طرديًا مع قمية الشحنتين، وتتناسب عكسيًا مع مُربع المسافة بينهما، ويُمكن التعبير عن قانون كولوم بالصيغة الرياضية الآتية:[٢]
القوة الكهربائيَّة المُتبادلة بين الشُحنات = (ثابت كولوم× الشحنة الأولى× الشحنة الثانية) /المسافة بين الشحنتين
وبالرموز:
ق = (ك× ش1 ×ش2)/ ف2
حيث أن:
- ق: القوة الكهربائيَّة المُتبادلة بين الشُحنات، وتقاس بوحدة نيوتن.
- ش1: قيمة الشحنة الأولى، وتقاس بوحدة الكولوم.
- ش2: قيمة الشحنة الثانية، وتقاس بوحدة الكولوم.
- ك: هو قيمة ثابتة تُساوي 9 × 109 نيوتن متر2 /كولوم2.
- ف: المسافة الفاصلة بين الشحنتين، وتقاس بالمتر
أهمية قانون كولوم
يلعب قانون كولوم دورًا هامًا في تفسير العديد من الظواهر، مثل:[٣]
- الكهرباء السكونية: قد تحدث صدمة كهربائية بسيطة عند لمس مواد فلزية، وذلك بسبب تراكم الشحنات في الجسم عند المشي، مما يسبب تنافر الشحنات الزائدة وحدوث الصدمة عند لمس مواد فلزية مثل مقبض الباب.
- التفاعلات داخل الذرات: تتنافر الشحنات المتشابهة داخل الذرات ما لم تقترب لدرجة كافية لتفوز القوة النووية الأعلى على الأخرى.
- استقطاب الشحنات: عند وجود جسم متعادل بالقرب من جسم مشحون يتسبب ذلك في إعادة توزيع الإلكترونات في الجسم المتعادل.
كيف يمكن الاستفادة من قانون كولوم عمليًا؟
يُمكن الاستفادة من قانون كولوم عمليَّاً وذلك من خلال:[٤]
- الطلاء الإلكتروستاتيكي، وهو طلاء يستخدم غالبًا للدراجات.
- طابعات الليزر.
- طابعات الحِبر النَّفاث.
- عملية التصوير بالأشعة السينية.
تدريبات حسابية على قانون كولوم
وفيما يأتي بعذ التدريبات الحسابية على قانون كولوم:
إذا كانت القوة الكهربائية بين الشحنتين مجهولة
مثال 1: ما مقدار القوة الكهربائية بين شحنتين تحمل الأولى شحنة مقدارها 5×10-16 والأخرى تحمل شحنة مقدارها 3×10-16 والمسافة بينهما تساوي 2×10-8؟
الحل:
- بالتعويض في قانون كولوم؛ ق = (ك× ش1 ×ش2)/ ف2
- قيمة ك تساوي 9 × 109.
- ق= (9 × 109 ×5×10-16 ×3×10-16)/(2×10-8 )2
- ق= 3.37 ×10-6 نيوتن.
مثال 2: ما مقدار القوة بين شحنتين متماثلتين إذا كان مقدار الشحنة يساوي 8× 10-8 والمسافة التي تفصل بينهما تساوي 3 سم؟
الحل:
- بالتعويض في قانون كولوم؛ ق = (ك× ش1 ×ش2)/ ف2
- قيمة ك تساوي 9 × 109
- يجب تحويل قيمة المسافة من وحدة سم إلى وحدة م: 3 سم = 0.03 م بالقسمة على 100.
- ق=( 9 × 109 × 8× 10-8 × 8× 10-8)/ 0.032
- ق= 5.76 × 10-5/ 0.0009
- ق= 56.4 نيوتن
إذا كانت المسافة بين الشحنتين مجهولة
جد المسافة بين شحنتين مقدار الأولى يساوي 8×10-16 ومقدار الشحنة الثانية يساوي 4×10-16 ومقدار القوة بينهما يساوي 6×10-6 ؟
الحل:
- بالتعويض في قانون كولوم؛ ق = (ك× ش1 ×ش2)/ ف2
- قيمة ك تساوي 9 × 109.
- 6×10-6 = (9 × 109× 8×10-16 × 4×10-16)/ف2 ، وبالضرب التبادلي
- 6×10-6 × ف2 =2.88×10-21
- ف2 = 4.8 ×10-28 وبأخذ الجذر التربيعي للطرفين
- ف= 2.2 ×10-14
إذا كانت الشحنة الأولى أو الثانية مجهولة
جد مقدار الشحنة الأولى إذا كانت الشحنة الثانية تساوي 7×10-16 والمسافة بين الشحنتين تساوي3×10-8 بحيث يكون مقدار القوة بين الشحنتين يساوي 2.5 ×10-6 ؟
الحل:
- بالتعويض في قانون كولوم؛ ق = (ك× ش1 ×ش2)/ ف2
- قيمة ك تساوي 9 × 109
- 2.5 ×10-6 = (9 × 109 × 7×10-16 ×ش1)/3×10-8 وبالضرب التبادلي
- 3×10-8 × 2.5 ×10-6 = (9 × 109 × 7×10-16 ×ش1).
- 7.5 ×10-14= 6.3 ×10-6 ×ش1
- ش1= 1.2 ×10-8 كولوم
إذا كان مقدار الشحنتين مجهولًا
ما مقدار شحنتين متماثلتين إذا كانت القوة بينهم تساوي 60 نيوتن والمسافة بينهم تساوي 0.01 م؟
الحل:
- باعتبار أن الشحنتين متساويتين فهذا يعني أننا نجد مقدار الشحنة المربعة
- بالتعويض في قانون كولوم؛ ق = (ك× ش1 ×ش2)/ ف2
- قيمة ك تساوي 9 × 109.
- 60= (9 × 109× ش2)/ 0.012.
- ش2 = (60×0.012) / 9 × 109.
- ش2 =6.6 ×10-11 وبأخذ الجذر التربيعي للطرفين.
- ش = 8.1 ×10-11 كولوم.
يبين قانون كولوم القوة الكهربائية الناتجة عن التفاعل بين الشحنات مع وجود مسافة بينهم، وتكمن أهميته كون الشحنات هي المكوّن الأساسي لجميع الذرات الموجودة على الكوكب، لذا فهذا يعطي أهمية كبيرة جدًا لقانون كولوم في العلوم الكهربائية، ومن الجدير بالذكر وجود العديد من التطبيقات في الحياة العملية التي تقوم على أساس قانون كولوم، ويعبر عن قانون كولوم من خلال المعادلة الرياضية: ق = (ك× ش1 ×ش2)/ ف2 .
المراجع
- ↑ “Coulomb’s law”, britannica, Retrieved 31/8/2021. Edited.
- ↑ “Coulomb’s Law”, www.toppr.com, Retrieved 2/5/2019. Edited.
- ↑ “Coulomb’s Law (Electric Force): What Is It & Why Is It Important”, sciencing, Retrieved 24/8/2021. Edited.
- ↑ “What Are the Applications of Coulomb’s Law?”, interestingengineering, Retrieved 29/8/2021. Edited.
