خانه / ادبیات / تحلیل و بررسی کتاب / قانون کولن – Coulomb’s law

قانون کولن – Coulomb’s law

شارل کولن
شارل کولن

قانون کولن یک قانون فیزیک است که واکنش‌های الکتروستاتیکی میان بارهای نقطه‌ای را توصیف می‌کند- این قانون نخستین بار در سال ۱۷۸۳ توسط فیزیکدان فرانسوی شارل آگوستن کولن منتشر شد و منجر به گسترش نظریه الکترومغناطیس شد- از قانون کولن می‌توان برای استخراج قانون گاوس استفاده کرد و برعکس

معرفی شارل کولن

شارل کولن با نام کامل شارل آگوستن دو کولن فیزیکدان فرانسوی در 31 ژوییه 1736م در شهر پاریس فرانسه به دنیا آمد. او را بیشتر برای پدیدآوردن قانون کولن- که درباره نیروی الکترواستاتیکی درباره کشش و دافعه می‌باشد- می‌شناسند اما کارهای مهمی در رابطه با اصطکاک نیز انجام داده‌است- یکای بار الکتریکی در اس‌آی- کولن- به نام او نامگذاری شد- نام او یکی از ۷۲ نامی است که روی برج ایفل قرار دارد

قانون کولن

در اواخر قرن هیجدهم علوم تجربی به درجه‌ای از رشد و پیشرفت رسیده بود که بتوان مشاهدات دقیقی درباره نیروهای میان بارهای الکتریکی به عمل آورد. نتایج این مشاهدات را که در آن زمان فوق‌العاده مجادله‌آمیز بودند- نمی‌توان به این صورت بیان نمود. دو نوع و فقط دو نوع بار الکتریکی وجود دارد که ما اینها را به نام بارهای الکتریکی مثبت و منفی می‌شناسیم. همچنین دو بار نقطه‌ای نیروهایی بر یکدیگر اعمال می‌کنند که بزرگی این نیروها با مربع فاصله بین دو بار نسبت عکس و با حاصل‌ضرب اندازه بارها نسبت مستقیم دارد. این نیرو برای بارهای همنام دافعه و در مورد بارهای غیرهمنام جاذبه است -نیروی کولن-.

آنچه گفته شد به افتخار شارل آرگوستن کولن -Chorles Augustim Coulumb- که از پیشروان الکتریسیته در قرن هیجدهم بود- به نام قانون کولن معروف است.

ترازوی پیچشی کولن

کولن دستگاهی ساخت که به وسیله آن می‌توانست نیرویی را که دو ذره باردار بر یکدیگر وارد می‌کنند- اندازه بگیرد. در ترازوی کولن میله‌ای دمبل مانند قرار دارد که به دو انتهای آن کره‌های کوچکی متصل شده است. این دمبل بوسیله یک رشته که از وسط دمبل می‌گذرد- آویخته شده است. هر گاه کره باردار دیگری را به یکی از کره‌های دمبل که قبلا باردار شده است- نزدیک کنیم- بر اساس قانون کولن با توجه به نوع بارها – این دو یکدیگر را جذب یا دفع می‌کنند- بنابراین در اثر این نیرو دمبل خواهد چرخید و رشته تاب می‌خورد. با اندازه گیری زاویه انحراف دمبل می‌توان نیروی میان دو بار الکتریکی را سنجید. کاوندیش بعدها با الهام از ترازوی پیچشی کولن وسیله‌ای ساخت که برای اندازه گیری نیروی جاذبه گرانش بکار می‌رود -ترازوی کاوندیش-.

قانون کولن
قانون کولن

 

کولن بر اساس آزمایش های متعدد دریافت که اگر فاصله بین بارها دو برابر شود- نیروی بین آن ها یک چهارم و اگر فاصله بین بارها سه برابر شود نیروی بین آن ها یک نهم خواهد شد. چنین رفتاری را رابطه عکس مربع می‌گویند زیرا با زیاد شدن فاصله- نیرو کم شده و میزان کاهش با مربع فاصله رابطه دارد.

کولن همچنین مشاهده کرد که اگر بار روی یکی از دو جسم را نصف کند- نیرو نصف ‌شده و اگر بار هر دو جسم نصف شود- نیرو یک چهارم می‌گردد. این بدان معنی است که مقدار نیرو با حاصل ضرب دو بار رابطه دارد.

این دو موضوع در یک قانون به نام قانون کولن ترکیب می‌شود:

قانون کولن

در این رابطه- Q مقدار بار روی دو جسم و r فاصله بین مراکز بارها می‌باشد. K مقدار ثابتی است که بستگی به جنس محیط و واحدهای انتخاب شده برای نیرو- بار و فاصله دارد.
آزمایش نشان می دهد که راستای نیروی الکتریکی منطبق بر خط واصل بین دو بار است. اگر علامت بارها مخالف باشد- نیرو جاذبه و اگر علامت بارها یکی باشد نیرو دافعه خواهد بود.

در هر دو حالت فوق- مقدار نیروی وارد بر دو جسم برابر و جهت آن عکس یکدیگر است- بنابر این نیروهای الکتریکی از قانون سوم نیوتن تبعیت می کنند.

 

قانون کولن

 

تاکنون بار واحد الکتریکی را تعریف نکرده ایم- مقدار این واحد به روشی مستقل و با توجّه به نیروی بین سیم‌های حامل جریان تعیین

می‌شود- این واحد کولن نامیده می شود. با مشخص شدن واحد بار- مقدار K به وسیله آزمایش به دست می‌آید:

قانون کولن

یک کولن بار بسیار بزرگی است- به عنوان مثال دو کره با بار یک کولن و در فاصله 1 متر از یکدیگر- نیرویی برابر با:

قانون کولن

بر یکدیگر وارد می‌کنند. این نیرو معادل وزن یک جرم یک میلیون تنی است. برای درک بهتر اندازه واحد کولن به موارد زیر توجه کنید.

مقدار باری که در ابرها باعث رعد و برق شدید می‌شود حدود 25 کولن است. بارهایی که در آزمایشگاه و اطرافمان مشاهده می‌کنیم حدود چند میکروکولن می‌باشند- به عنوان مثال وقتی روی موکت راه می روید- مقدار بار انتقال یافته به بدن شما یک میلیونیوم کولن است.

در زمان کولن وسیله ای برای اندازه‌گیری مقدار بار وجود نداشت ولی او به وسیله کره‌های فلزی یکسان- بارهایی با نسبت مشخص تولید می کرد. برای مثال اگر کره فلزی بارداری به کره فلزی بدون‌ باری با همان ابعاد تماس پیدا کند- بار کره اول بین دو کره به طور مساوی تقسیم ‌شده و بدین ترتیب بار 2/1 حاصل می‌شود. کولن با انجام متوالی این کار- مجموعه ای از کره ها با نسبت بارهای مشخص ایجاد کرده بود و با آن ها آزمایش می کرد.

ثابت K در رابطه کولن معمولا به شکل دیگری و بر اساس قانون کولن -ضریب گذردهی خلا- بیان می‌شود. بدین ترتیب که قانون کولن بوده و قانون کولن بدین صورت قابل بیان است:

قانون کولن

 

اندازه قانون کولن برابر است با :

قانون کولن

 

اگر چه این رابطه کمی پیچیده به نظر می‌رسد ولی روابط دیگر فیزیکی به کمک رابطه فوق- شکل ساده‌ تری خواهند داشت.

قانون کولن برای مواردی صادق است که ابعاد بار در مقایسه با فاصله بین بارها بسیار کوچک باشد -بارهای نقطه ای- البته اگر بار به شکل یکنواخت روی کره پخش شده باشد- به این شرط احتیاجی نیست و می توان از رابطه استفاده کرد مشروط بر این که r را فاصله بین مراکز کره‌ها در نظر بگیریم. اندازه بار اغلب بر حسب میکروکولن بیان می‌شود –قانون کولن – وقتی اندازه بار را در رابطه کولن قرار می‌دهید به یاد داشته باشید که میکروکولن را به کولن تبدیل کنید

μC=10-6 C

در محاسبه نیرو با استفاده از قانون کولن معمولا از علامت بار صرفه نظر شده و آن را فقط برای تشخیص جهت نیرو لازم داریم.

اهمیت قانون کولن

مفهوم قانون کولن فراتر از توصیف نیروهای میان کره‌های باردار است. این قانون می‌تواند در فیزیک کوانتومی نیروهای الکتریکی که الکترونهای یک اتم را به هسته آن پیوند می‌دهد- نیروهایی که اتمها را به هم پیوند می‌دهند تا مولکول تشکیل شود و نیروهایی که برای تشکیل جامدات – مایعات – اتمها یا مولکولها را به هم پیوند می‌دهند- را به درستی توصیف کند. از این رو بیشتر نیروهایی که در زندگی روزمره خود با آنها سر و کار داریم- گرانشی نیستند- بلکه الکتریکی هستند.

در هسته اتم نیروی جدیدی وجود دارد که نه دارای ماهیت گرانشی است و نه الکتریکی. این نیروی جاذبه قوی که پروتونها و نوترونهای تشکیل دهنده هسته را به هم پیوند می‌دهد- نیروی هسته‌ای یا برهمکنش قوی هسته‌ای نام دارد. اگر این نیرو وجود نداشت- هسته در اثر نیروی دافعه کولنی قوی میان پروتونهای آن به یکباره متلاشی می‌شد.

 

منبع :

تبیان

دانشنامه رشد

ویکی پدیا

مطلب پیشنهادی

رمان اولیس

اولیس – Ulysses

اولیس نام رمان معروف جیمز جویس نویسنده ایرلندی است که از شاهکارهای ادبیات مدرن به …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

یازده − 4 =