موسوعي يوتيوب

1 / 5

✪ الدرس 213. الشحنات الكهربائية وتفاعلها. قانون كولوم

✪ 8 خلايا - 106. قانون كولوم

قانون كولوم

✪ فيزياء قانون حل مشكلة كولومب

✪ الدرس 215

ترجمات

الصياغة

يتم توجيه قوة التفاعل بين شحنتين نقطتين في الفراغ على طول الخط المستقيم الذي يربط بين هذه الشحنات ، وتتناسب مع مقاديرها وتتناسب عكسًا مع مربع المسافة بينهما. إنها قوة جاذبة إذا اختلفت علامات الشحنات ، وقوة منفرة إذا كانت هذه العلامات متشابهة.

من المهم ملاحظة أنه لكي يكون القانون صحيحًا ، من الضروري:

1. الشحنات النقطية ، أي المسافة بين الأجسام المشحونة يجب أن تكون أكبر بكثير من حجمها. ومع ذلك ، يمكن إثبات أن قوة التفاعل بين شحنتين موزعتين حجميًا مع توزيعات مكانية متناظرة كرويًا غير متقاطعة تساوي قوة التفاعل بين شحنتين نقطيتين مكافئتين تقعان في مراكز التناظر الكروي ؛
2. جمودهم. بخلاف ذلك ، تدخل تأثيرات إضافية حيز التنفيذ: المجال المغناطيسي للشحنة المتحركة والقوة الإضافية المقابلة التي يعمل لورنتز على شحنة متحركة أخرى ؛
3. ترتيب الشحنات في الفراغ.

ومع ذلك ، مع بعض التعديلات ، فإن القانون صالح أيضًا لتفاعلات الرسوم في وسيط ونقل الرسوم.

في شكل ناقل ، في صياغة S.Coulomb ، يتم كتابة القانون بالطريقة الآتية:

و → 12 = ك ⋅ q 1 ⋅ q 2 r 12 2 ⋅ r → 12 r 12، (displaystyle (vec (F)) _ (12) = k cdot (frac (q_ (1) cdot q_ (2)) (r_ (12) ^ (2))) \ cdot (\ frac ((\ vec (r)) _ (12)) (r_ (12))) ،)

أين و → 12 (displaystyle (vec (F)) _ (12))هي القوة التي تعمل بها الشحنة 1 على الشحنة 2 ؛ q 1، q 2 (displaystyle q_ (1) q_ (2))- حجم التهم ؛ r → 12 (\ displaystyle (\ vec (r)) _ (12))- متجه نصف القطر (متجه موجه من الشحنة 1 إلى الشحنة 2 ، ومتساوٍ بالقيمة المطلقة للمسافة بين الشحنات - r 12 (displaystyle r_ (12))); ك (displaystyle k)- معامل التناسب.

معامل في الرياضيات او درجة ك

ك = 1 ε. (displaystyle k = (frac (1) (varepsilon))). ل = ٤ ١ ε ε ٠. (displaystyle k = (frac (1) (4 pi varepsilon varepsilon _ (0))).)

قانون كولوم في ميكانيكا الكم

قانون كولوم من وجهة نظر الديناميكا الكهربائية الكمية

تاريخ

لأول مرة للتحقيق تجريبيًا ، اقترح G.V.Richmann قانون التفاعل بين الأجسام المشحونة كهربائيًا في 1752-1753. وكان ينوي أن يستخدم لهذا الغرض "المؤشر" الكهربي الذي صممه. تم منع تنفيذ هذه الخطة بسبب الموت المأساوي لريتشمان.

قبل ما يقرب من 11 عامًا من كولوم ، في عام 1771 ، تم اكتشاف قانون تفاعل الشحنات بشكل تجريبي بواسطة G. تم تسليم مخطوطات كافنديش إلى دي سي ماكسويل فقط في عام 1874 من قبل أحد أحفاد كافنديش في الافتتاح الكبير لمختبر كافنديش وتم نشرها في عام 1879.

كان كولوم نفسه منخرطًا في دراسة التواء الخيوط واخترع توازن الالتواء. اكتشف قانونه ، مستخدماً إياهم لقياس قوى تفاعل الكرات المشحونة.

قانون كولوم ومبدأ التراكب ومعادلات ماكسويل

درجة دقة قانون كولوم

قانون كولوم هو حقيقة مثبتة تجريبيا. تم تأكيد صحتها مرارًا وتكرارًا من خلال تجارب أكثر وأكثر دقة. أحد اتجاهات هذه التجارب هو التحقق مما إذا كان الأس يختلف صفي قانون 2. للبحث عن هذا الاختلاف ، يتم استخدام حقيقة أنه إذا كانت الدرجة تساوي تمامًا اثنين ، فلا يوجد مجال داخل التجويف في الموصل ، مهما كان شكل التجويف أو الموصل.

تم تنفيذ هذه التجارب لأول مرة بواسطة Cavendish وكررها Maxwell في شكل محسّن ، للحصول على أقصى فرق للأس في قوة اثنين 1 21600 (\ displaystyle (\ frac (1) (21600)))

أظهرت التجارب التي أجريت في عام 1971 في الولايات المتحدة بواسطة إي آر ويليامز ودي إي فولر وجي إيه هيل أن الأس في قانون كولوم هو 2 إلى داخل (3، 1 ± 2، 7) × 10 - 16 (\ displaystyle (3،1 \ pm 2،7) \ times 10 ^ (- 16)) .

لاختبار دقة قانون كولوم على المسافات داخل الذرة ، استخدم دبليو يو لامب ورذرفورد في عام 1947 قياسات الترتيب النسبي لمستويات طاقة الهيدروجين. وجد أنه حتى على مسافات ذرية 10 8 سم ، فإن الأس في قانون كولوم يختلف عن 2 بما لا يزيد عن 10 9.

معامل في الرياضيات او درجة ك (displaystyle k)يظل قانون كولوم ثابتًا حتى 15-10 −6.

تصحيحات لقانون كولوم في الديناميكا الكهربائية الكمية

على مسافات قصيرة (بترتيب موجة إلكترون طويلة كومبتون ، λ e = ℏ م. ج (displaystyle lambda _ (e) = (tfrac (hbar) (m_ (e) c)))≈3.86⋅10 13 م ، أين م. (displaystyle m_ (e))هي كتلة الإلكترون ℏ (displaystyle hbar)- ثابت بلانك ، ج (displaystyle c)- سرعة الضوء) تصبح التأثيرات غير الخطية للديناميكا الكهربية الكمومية مهمة: يتم فرض توليد أزواج إلكترون-بوزيترون افتراضية (بالإضافة إلى ميوون-أنتيمون وتون-أنتيتون) على تبادل الفوتونات الافتراضية ، ويقل تأثير الفحص أيضًا (انظر إعادة التطبيع). يؤدي كلا التأثيرين إلى ظهور شروط طلب متناقصة بشكل كبير هـ - 2 ص / λ هـ (displaystyle e ^ (- 2r / lambda _ (e)))في التعبير عن الطاقة الكامنة لتفاعل الشحنات ، ونتيجة لذلك ، زيادة في قوة التفاعل مقارنة بتلك التي يحسبها قانون كولوم.

Φ (r) = Q r ⋅ (1 + α 4 π e - 2 r / λ e (r / λ e) 3/2)، (displaystyle Phi (r) = (frac (Q) (r) ) \ cdot \ يسار (1 + (\ frac (\ alpha) (4 (\ sqrt (\ pi)))) (\ frac (e ^ (- 2r / \ lambda _ (e))) ((r / \ لامدا _ (هـ)) ^ (3/2))) \ يمين) ،)

أين λ ه (displaystyle lambda _ (e))- إلكترون الطول الموجي كومبتون ، α = e 2 ℏ ج (displaystyle alpha = (tfrac (e ^ (2)) (hbar c)))- بنية دقيقة ثابتة و r ≫ λ e (displaystyle r gg lambda _ (e)).

على مسافات النظام λ W = ℏ m w ج (displaystyle lambda _ (W) = (tfrac (hbar) (m_ (w) c)))~ 10 −18 م ، أين م ث (displaystyle m_ (w))هي كتلة W-boson ، وتأثيرات كهروضعيفة تلعب دورًا.

في المجالات الكهرومغناطيسية الخارجية القوية ، والتي تشكل جزءًا كبيرًا من فراغ مجال الانهيار (بترتيب م. ص 2. ه λ. (displaystyle (tfrac (m_ (e) c ^ (2)) (e lambda _ (e))))~ 10 18 فولت / م أو م. ج. هـ (displaystyle (tfrac (m_ (e) c) (e lambda _ (e))))~ 10 9 T ، لوحظت مثل هذه الحقول ، على سبيل المثال ، بالقرب من بعض أنواع النجوم النيوترونية ، أي النجوم المغناطيسية) ، وينتهك قانون كولوم أيضًا بسبب تشتت Delbrück للفوتونات المتبادلة على فوتونات المجال الخارجي وغيرها ، غير الخطية الأكثر تعقيدًا تأثيرات. تقلل هذه الظاهرة من قوة كولوم ليس فقط في المقاييس الدقيقة ولكن أيضًا في المقاييس الكبيرة ، على وجه الخصوص ، في مجال مغناطيسي قوي ، لا تتناسب إمكانات كولوم بشكل عكسي مع المسافة ، ولكن بشكل أسي.

قانون كولوم وفراغ الاستقطاب

قانون كولوم ونواة فائقة الثقل

معنى قانون كولوم في تاريخ العلم

قانون كولوم هو أول قانون أساسي مفتوح تم صياغته رياضيًا لـ الظواهر الكهرومغناطيسية. مع اكتشاف قانون كولوم ، بدأ علم الكهرومغناطيسية الحديث.

أنظر أيضا

الروابط

• قانون كولوم (درس بالفيديو ، برنامج الصف العاشر)

ملاحظات

1. سيفوخين د.مقرر عام للفيزياء. - م: فيزاتليت ؛ دار نشر MIPT ، 2004. - المجلد الثالث. كهرباء. - س 17. - 656 ص. - ردمك 5-9221-0227-3.
2. Landau LD ، Lifshits E.M. الفيزياء النظرية: كتاب مدرسي. البدل: للجامعات. الخامس 10 ر. 2 نظرية المجال. - الطبعة الثامنة ، ستيريو. - م: FIZMATLIT، 2001. - 536 ص. -

الموضوع 1.1 الرسوم الكهربائية.

القسم 1 أساسيات الديناميكا الكهربائية

1. كهربة الهيئات. مفهوم مقدار الشحنة.

قانون الحفظ.

2. قوى التفاعل بين الشحنات.

قانون كولوم.

3. السماحية العازلة للوسط.

4. النظام الدولي للوحدات في الكهرباء.

1. كهربة الهاتف. مفهوم مقدار الشحنة.

قانون الحفظ.

إذا تم وضع سطحين على اتصال وثيق ، إذن متوفرة انتقال الإلكترون من سطح إلى آخر ، بينما تظهر الشحنات الكهربائية على هذه الأسطح.

هذه الظاهرة تسمى الكهرباء. أثناء الاحتكاك ، تزداد مساحة التلامس الوثيق للأسطح ، ويزداد أيضًا حجم الشحنة على السطح - وتسمى هذه الظاهرة بالكهرباء عن طريق الاحتكاك.

في عملية الكهربة ، يتم إعادة توزيع الشحنات ، ونتيجة لذلك يتم شحن كلا السطحين بنفس المقدار ، مقابل رسوم الإشارة.

لأن جميع الإلكترونات لها نفس الشحنات (سالبة) e \ u003d 1.6 10 C ، ثم لتحديد الشحنة على السطح (q) ، تحتاج إلى معرفة عدد الإلكترونات الزائدة أو النقص على السطح (N) و شحنة إلكترون واحد.

في عملية الكهربة ، لا تظهر الشحنات الجديدة أو تختفي ، ولكنها تحدث فقط. إعادة التوزيعبين الأجسام أو أجزاء الجسم ، وبالتالي تظل الشحنة الكلية لنظام مغلق من الأجسام ثابتة ، وهذا هو معنى قانون حفظ الرسوم.

2. قوى التفاعل بين الشحنات.

قانون كولوم.

تتفاعل الشحنات الكهربائية مع بعضها البعض ، كونها على مسافة ، بينما الشحنات المتشابهة تتنافر ، وعلى عكس الشحنات تتجاذب.

اكتشف لأول مرة يختبروالتي من خلالها تعتمد قوة التفاعل بين الشحنات ، استنتج العالم الفرنسي كولوم واستنتج قانونًا يسمى قانون كولوم. القانون الأساسي أي بناء على الخبرات. في اشتقاق هذا القانون ، استخدم كولوم ميزان الالتواء.

3) ك - المعامل الذي يعبر عن الاعتماد على البيئة.

صيغة قانون كولوم.

إن قوة التفاعل بين شحنتين ثابتتين تتناسب طرديًا مع ناتج مقادير هذه الشحنات وتتناسب عكسًا مع مربع المسافات بينهما ، وتعتمد على الوسيط الذي توجد فيه هذه الشحنات ، ويتم توجيهها على طول خط مستقيم يربط بين مراكز هذه الرسوم.

3. سماحية الوسط الكهربائي.

E هو ثابت العزل الكهربائي للوسيط ، ويعتمد على الوسط المحيط بالشحنات.

E \ u003d 8.85 * 10 - ثابت فيزيائي ، سماحية الفراغ.

E - السماحية النسبية للوسط ، توضح عدد المرات التي تكون فيها قوة التفاعل بين الشحنات النقطية في الفراغ أكبر منها في وسط معين. في الفراغ ، أقوى تفاعل بين الشحنات.

4. النظام الدولي للوحدات في الكهرباء.

الوحدة الأساسية للكهرباء في نظام SI هي التيار في 1A ، وجميع وحدات القياس الأخرى مشتقة من 1Ampere.

1Cl هو مقدار الشحنة الكهربائية التي تحملها الجسيمات المشحونة المقطع العرضيموصل بقوة تيار 1A لمدة 1 ثانية.

الموضوع 1.2 الحقل الكهربائي

1. المجال الكهربائي - كيف نوع خاصشيء.

6. العلاقة بين فرق الجهد والشدة الحقل الكهربائي.

1. المجال الكهربائي - كنوع خاص من المادة.

في الطبيعة ، كنوع من المادة ، يوجد مجال كهرومغناطيسي. في حالات مختلفة ، يتجلى المجال الكهرومغناطيسي بطرق مختلفة ، على سبيل المثال ، بالقرب من الشحنات الثابتة ، يتجلى فقط الحقل الكهربائيوهو ما يسمى كهرباء. بالقرب من الشحنات المتنقلة ، يمكن للمرء اكتشاف المجالات الكهربائية والمغناطيسية ، والتي تمثل معًا الحقول الكهرومغناطيسية.

ضع في اعتبارك خصائص المجالات الكهروستاتيكية:

1) يتم إنشاء مجال إلكتروستاتيكي بواسطة الشحنات الثابتة ، ويمكن اكتشاف هذه الحقول

بمساعدة رسوم الاختبار (شحنة موجبة صغيرة) ، لأن عليهم فقط المجال الكهربائي الذي يمارس تأثير القوة ، والذي يخضع لقانون كولوم.

2. شدة المجال الكهربائي.

المجال الكهربائي كنوع من المادة له طاقة وكتلة وينتشر في الفضاء بسرعة محدودة وليس له حدود نظرية.

من الناحية العملية ، يعتبر أنه لا يوجد مجال إذا لم يكن له تأثير ملحوظ على رسوم الاختبار.

نظرًا لأنه يمكن اكتشاف المجال باستخدام تأثير القوة على شحنات الاختبار ، فإن السمة الرئيسية للمجال الكهربائي هي توتر.

إذا تم إدخال رسوم اختبار بأحجام مختلفة في نفس النقطة من المجال الكهربائي ، فهناك علاقة تناسبية مباشرة بين القوة المؤثرة وحجم شحنة الاختبار.

معامل التناسب بين القوة المؤثرة وحجم الشحنة هو شدة E.

E \ u003d - صيغة لحساب شدة المجال الكهربائي ، إذا كانت q \ u003d 1 C ، إذن | ه | = | F |

التوتر هو سمة قوة من سمات المجال الكهربائي ، لأن إنه يساوي عدديًا القوة المؤثرة على شحنة مقدارها 1 ج عند نقطة معينة في المجال الكهربائي.

التوتر هو كمية متجهية ، متجه الشدة يتطابق في الاتجاه مع متجه القوة الذي يعمل على شحنة موجبة عند نقطة معينة من المجال الكهربائي.

3. خطوط شدة المجال الكهربائي. مجال كهربائي متجانس.

من أجل تصور المجال الكهربائي ، أي بيانيا ، استخدم خطوط شدة المجال الكهربائي. هذه هي هذه الخطوط ، التي تسمى بخلاف ذلك خطوط القوة ، التي تتطابق في الاتجاه مع متجهات الشدة عند نقاط المجال الكهربائي التي تمر من خلالها هذه الخطوط ،

خطوط التوتر لها الخصائص التالية:

1) ابدأ من نقطة البيع. تنتهي الشحنات - بالسالب ، أو تبدأ بالإيجابية. يشحن ويذهب إلى ما لا نهاية ، أو يأتي من اللانهاية وينتهي بشحنات موجبة ..

2) هذه الخطوط متصلة ولا تتقاطع في أي مكان.

3) كثافة الخط (عدد الخطوط لكل وحدة مساحة) وشدة المجال الكهربائي في علاقة مباشرة وتناسبية.

في المجال الكهربائي المنتظم ، تكون الشدة عند جميع نقاط المجال هي نفسها ؛ ورسميًا ، تُصوَّر هذه الحقول بخطوط متوازية على مسافة متساوية من بعضها البعض. يمكن الحصول على مثل هذا المجال بين لوحين متوازيين مشحونين على مسافة صغيرة من بعضهما البعض.

4. العمل على حركة الشحنة في مجال كهربائي.

دعونا نضع شحنة كهربائية في مجال كهربائي موحد. ستعمل القوات على التهمة من جانب الميدان. إذا تم نقل الشحنة ، يمكن إنجاز العمل.

عمل مثالي على المؤامرات:

A \ u003d q E d - صيغة لحساب عمل تحريك شحنة في مجال كهربائي.

الخلاصة: لا يعتمد عمل تحريك شحنة في مجال كهربائي على شكل المسار ، ولكنه يعتمد على مقدار الشحنة التي يتم تحريكها (q) ، وشدة المجال (E) ، وكذلك على اختيار نقاط بداية ونهاية الحركة (د).

إذا تم تحريك شحنة في مجال كهربائي على طول دائرة مغلقة ، فسيكون الشغل المنجز مساويًا لـ 0. تسمى هذه الحقول الحقول المحتملة. تمتلك الهيئات في مثل هذه المجالات طاقة كامنة ، أي تحتوي الشحنة الكهربائية في أي نقطة من المجال الكهربائي على طاقة ، والشغل المنجز في المجال الكهربائي يساوي الفرق في طاقات جهد الشحنة عند نقطتي الحركة الأولية والنهائية.

5. المحتملة. التباينات المحتملة. الجهد االكهربى.

إذا تم وضع شحنة بأحجام مختلفة في نقطة معينة من المجال الكهربائي ، فإن الطاقة الكامنة للشحنة وحجمها يتناسبان بشكل مباشر.

- (فاي) نقطة المجال الكهربائي

الجهد هو خاصية الطاقة لنقاط المجال الكهربائي ، لأن إنها تساوي عدديًا الطاقة الكامنة لشحنة مقدارها 1 ج عند نقطة معينة في المجال الكهربائي.

على مسافات متساوية من شحنة نقطية ، فإن إمكانات نقاط المجال هي نفسها. تشكل هذه النقاط سطحًا له إمكانات متساوية ، وتسمى هذه الأسطح الأسطح متساوية الجهد. على متن الطائرة هم دوائر ، في الفضاء هم مجالات.

الجهد االكهربى

صيغ لحساب عمل تحريك شحنة في مجال كهربائي.

1V هو الجهد بين نقطتي المجال الكهربائي عند الحركة حيث تعمل شحنة مقدارها 1C بمقدار 1 J.

الصيغة التي تحدد العلاقة بين قوة المجال الكهربائي والجهد وفرق الجهد.

التوتر يساوي عدديًا فرق الجهد أو الجهد بين نقطتين من المجال المأخوذة على طول واحدة خط المجالعلى مسافة 1 م. تعني العلامة (-) أن متجه الشدة يتم توجيهه دائمًا نحو نقاط المجال ذات الإمكانات المتناقصة.

قانون

قانون كولوم

تتناسب وحدة قوة التفاعل لشحنات نقطتين في الفراغ طرديًا مع ناتج وحدات هذه الشحنات وتتناسب عكسًا مع مربع المسافة بينهما.

خلاف ذلك: رسوم نقطتين في مكنسة كهرباءتعمل على بعضها البعض بقوة تتناسب مع ناتج وحدات هذه الشحنات ، وتتناسب عكسًا مع مربع المسافة بينها وتوجيهها على طول الخط المستقيم الذي يربط بين هذه الشحنات. تسمى هذه القوى الكهروستاتيكية (كولوم).

جمودهم. خلاف ذلك ، تصبح التأثيرات الإضافية سارية المفعول: مجال مغناطيسيالشحنة المتحركة والإضافية المقابلة قوة لورنتزالعمل على تهمة متحركة أخرى ؛

التفاعل في مكنسة كهرباء.

أين هي القوة التي تعمل بها الشحنة 1 على الشحنة 2 ؛ - حجم التهم ؛ - متجه نصف القطر (متجه موجه من الشحنة 1 إلى الشحنة 2 ، ومتساوٍ ، في المعامل ، إلى المسافة بين الشحنات -) ؛ - معامل التناسب. وهكذا ، يشير القانون إلى أن التهم التي تحمل الاسم نفسه تتنافر (والرسوم المعاكسة تجتذب).

في SGSE وحدةيتم اختيار الشحنة بطريقة المعامل كيساوي واحد.

في النظام الدوليوحدات (SI)إحدى الوحدات الأساسية هي الوحدة الخضوع ل التيار الكهربائي أمبير، ووحدة الشحن هي قلادةهو مشتقها. يتم تعريف الأمبير بهذه الطريقة ك= c2 10−7 gn/ م = 8.9875517873681764109 حم 2 / Cl 2 (أو Ф − 1 م). في معامل SI كمكتوب على النحو التالي:

حيث ≈ 8.854187817 10-12 ف / م - ثابت كهربائي.

قانون كولوم هو:

قانون كولوم لقانون الاحتكاك الجاف ، انظر قانون أمونتون كولومالديناميكا الكهربائية المغنطيسية الدائرة الكهربائية صياغة المتغيرات العلماء المشهورون

قانون كولومهو قانون يصف قوى التفاعل بين الشحنات الكهربائية النقطية.

اكتشفه تشارلز كولوم في عام 1785. عدد كبير منبعد التجارب على الكرات المعدنية ، أعطى تشارلز كولوم الصيغة التالية للقانون:

تتناسب وحدة قوة التفاعل لشحنات نقطتين في فراغ طرديًا مع ناتج وحدات هذه الشحنات وتتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بينهما

خلافًا لذلك: تعمل شحنتان نقطيتان في الفراغ على بعضها البعض بقوة تتناسب مع ناتج وحدات هذه الشحنات ، وتتناسب عكسًا مع مربع المسافة بينهما وموجهة على طول الخط المستقيم الذي يربط بين هذه الشحنات. تسمى هذه القوى الكهروستاتيكية (كولوم).

من المهم ملاحظة أنه لكي يكون القانون صحيحًا ، من الضروري:

1. شحنة نقطية - أي المسافة بين الأجسام المشحونة أكبر بكثير من حجمها - ومع ذلك ، يمكن إثبات أن قوة التفاعل بين شحنتين موزعتين حجميًا مع توزيعات مكانية متناظرة كرويًا غير متقاطعة تساوي قوة تفاعل شحنتان نقطيتان مكافئتان تقعان في مراكز التناظر الكروي ؛
2. جمودهم. بخلاف ذلك ، تدخل تأثيرات إضافية حيز التنفيذ: المجال المغناطيسي للشحنة المتحركة وقوة لورنتز الإضافية المقابلة التي تعمل على شحنة متحركة أخرى ؛
3. التفاعل في الفراغ.

ومع ذلك ، مع بعض التعديلات ، فإن القانون صالح أيضًا لتفاعلات الرسوم في وسيط ونقل الرسوم.

في شكل ناقل ، في صياغة S.Coulomb ، يتم كتابة القانون على النحو التالي:

أين هي القوة التي تعمل بها الشحنة 1 على الشحنة 2 ؛ - حجم التهم ؛ - متجه نصف القطر (متجه موجه من الشحنة 1 إلى الشحنة 2 ، ومتساوٍ بالقيمة المطلقة للمسافة بين الشحنات -) ؛ - معامل التناسب. وهكذا ، يشير القانون إلى أن التهم التي تحمل الاسم نفسه تتنافر (والرسوم المعاكسة تجتذب).

معامل في الرياضيات او درجة ك

في CGSE ، يتم اختيار وحدة الشحن بطريقة يتم فيها اختيار المعامل كيساوي واحد.

في النظام الدولي للوحدات (SI) ، إحدى الوحدات الأساسية هي وحدة قوة التيار الكهربائي ، والأمبير ، ووحدة الشحنة ، الكولوم ، مشتق منها. يتم تعريف الأمبير بهذه الطريقة ك= c2 10-7 H / م = 8.9875517873681764109 N m2 / C2 (أو F − 1 م). في معامل SI كمكتوب على النحو التالي:

حيث ≈ 8.854187817 10−12 F / m هو الثابت الكهربائي.

في مادة متجانسة الخواص ، يتم إضافة السماحية النسبية للوسط ε إلى مقام الصيغة.

قانون كولوم في ميكانيكا الكم

في ميكانيكا الكم ، لم تتم صياغة قانون كولوم بمساعدة مفهوم القوة ، كما هو الحال في الميكانيكا الكلاسيكية ، ولكن بمساعدة مفهوم الطاقة الكامنة لتفاعل كولوم. في حالة احتواء النظام المدروس في ميكانيكا الكم على جزيئات مشحونة كهربائيًا ، تتم إضافة المصطلحات التي تعبر عن الطاقة الكامنة لتفاعل كولوم إلى مشغل هاميلتوني للنظام ، كما هو محسوب في الميكانيكا الكلاسيكية.

وهكذا ، فإن مشغل هاملتون للذرة ذات الشحنة النووية ضيشبه:

هنا مهي كتلة الإلكترون ، ه- شحنتها ، - قيمه مطلقهدائرة نصف قطرها متجه يعشر الإلكترون. المصطلح الأول يعبر عن الطاقة الحركية للإلكترونات ، المصطلح الثاني - الطاقة الكامنة لتفاعل كولوم للإلكترونات مع النواة والمصطلح الثالث - طاقة كولوم المحتملة للتنافر المتبادل للإلكترونات. يتم إجراء الجمع في المصطلحين الأول والثاني على جميع الإلكترونات N. في المصطلح الثالث ، يتخطى الجمع جميع أزواج الإلكترونات ، ويحدث كل زوج مرة واحدة.

قانون كولوم من وجهة نظر الديناميكا الكهربائية الكمية

وفقًا للديناميكا الكهربية الكمومية ، يتم تنفيذ التفاعل الكهرومغناطيسي للجسيمات المشحونة عن طريق تبادل الفوتونات الافتراضية بين الجسيمات. يسمح مبدأ عدم اليقين للوقت والطاقة بوجود فوتونات افتراضية للوقت بين لحظات انبعاثها وامتصاصها. كلما كانت المسافة بين الجسيمات المشحونة أصغر ، قل الوقت الذي تحتاجه الفوتونات الافتراضية للتغلب على هذه المسافة ، وبالتالي ، زادت طاقة الفوتونات الافتراضية المسموح بها بموجب مبدأ عدم اليقين. على مسافات صغيرة بين الشحنات ، يسمح مبدأ عدم اليقين بتبادل الفوتونات طويلة الموجة وقصيرة الطول الموجي ، وعلى مسافات كبيرة ، تشارك الفوتونات طويلة الموجة فقط في التبادل. وهكذا ، بمساعدة الديناميكا الكهربية الكمومية ، يمكن للمرء اشتقاق قانون كولوم.

تاريخ

لأول مرة للتحقيق تجريبيًا ، اقترح G.V. Richman قانون التفاعل بين الأجسام المشحونة كهربائيًا في 1752-1753. وكان ينوي أن يستخدم لهذا الغرض "المؤشر" الكهربي الذي صممه. تم منع تنفيذ هذه الخطة بسبب الموت المأساوي لريتشمان.

في عام 1759 اقترح F. Epinus ، أستاذ الفيزياء في أكاديمية سانت بطرسبرغ للعلوم ، الذي تولى رئاسة Richmann بعد وفاته ، لأول مرة أن الشحنات يجب أن تتفاعل عكسيًا مع مربع المسافة. في عام 1760 ظهر رسالة قصيرةبرنولي في بازل وضع قانونًا تربيعيًا بمساعدة مقياس كهربائي صممه. في عام 1767 ، لاحظ بريستلي في كتابه تاريخ الكهرباء أن تجربة فرانكلين في اكتشاف عدم وجود مجال كهربائي داخل كرة معدنية مشحونة يمكن أن تعني ذلك "التجاذب الكهربائي يتبع بالضبط نفس قانون الجاذبية ، أي مربع المسافة". ادعى الفيزيائي الاسكتلندي جون روبسون (1822) أنه اكتشف في عام 1769 أن الكرات ذات الشحنة الكهربائية نفسها تتنافر بقوة تتناسب عكسياً مع مربع المسافة بينهما ، وبالتالي توقع اكتشاف قانون كولوم (1785).

قبل ما يقرب من 11 عامًا من كولوم ، في عام 1771 ، تم اكتشاف قانون تفاعل الشحنات بشكل تجريبي بواسطة G. تم تسليم مخطوطات كافنديش إلى دي كيه ماكسويل فقط في عام 1874 من قبل أحد أحفاد كافنديش في الافتتاح الكبير لمختبر كافنديش وتم نشرها في عام 1879.

كان كولوم نفسه منخرطًا في دراسة التواء الخيوط واخترع توازن الالتواء. اكتشف قانونه ، مستخدماً إياهم لقياس قوى تفاعل الكرات المشحونة.

قانون كولوم ومبدأ التراكب ومعادلات ماكسويل

قانون كولوم ومبدأ تراكب المجالات الكهربائية يكافئان تمامًا معادلات ماكسويل للكهرباء الساكنة و. وهذا يعني أن قانون كولوم ومبدأ التراكب للحقول الكهربائية يكونان مقتنعين إذا وفقط إذا تم استيفاء معادلات ماكسويل للكهرباء الساكنة ، وعلى العكس من ذلك ، فإن معادلات ماكسويل للكهرباء الساكنة مستوفاة إذا وفقط إذا كان قانون كولوم ومبدأ التراكب للكهرباء راضون عن الحقول.

درجة دقة قانون كولوم

قانون كولوم هو حقيقة مثبتة تجريبيا. تم تأكيد صحتها مرارًا وتكرارًا من خلال تجارب أكثر وأكثر دقة. أحد اتجاهات هذه التجارب هو التحقق مما إذا كان الأس يختلف صفي قانون 2. لإيجاد هذا الاختلاف ، يستخدم المرء حقيقة أنه إذا كانت الدرجة تساوي تمامًا اثنين ، فلا يوجد مجال داخل التجويف في الموصل ، مهما كان شكل التجويف أو الموصل.

أظهرت التجارب التي أجريت في عام 1971 في الولايات المتحدة بواسطة E.R Williams و D.E Voller و G.A Hill أن الأس في قانون كولوم هو 2 إلى الداخل.

لاختبار دقة قانون كولوم على المسافات داخل الذرة ، استخدم دبليو يو لامب ورذرفورد في عام 1947 قياسات الترتيب النسبي لمستويات طاقة الهيدروجين. لقد وجد أنه حتى على مسافات ذرية 10-8 سم ، فإن الأس في قانون كولوم يختلف عن 2 بما لا يزيد عن 10-9.

يظل المعامل في قانون كولوم ثابتًا حتى 15 · 10−6.

تصحيحات لقانون كولوم في الديناميكا الكهربائية الكمية

على مسافات قصيرة (بترتيب الطول الموجي كومبتون للإلكترون ، ≈3.86 10−13 م ، حيث كتلة الإلكترون ، ثابت بلانك ، هو سرعة الضوء) ، تصبح التأثيرات غير الخطية للديناميكا الكهربية الكمية مهمة : يتم فرض تبادل الفوتونات الافتراضية عن طريق توليد أزواج إلكترون-بوزيترون افتراضية (وأيضًا ميوون-أنتيمون وتون-أنتيتون) ، كما ينخفض ​​تأثير الفحص أيضًا (انظر إعادة التطبيع). يؤدي كلا التأثيرين إلى ظهور شروط ترتيب متناقصة بشكل كبير في التعبير عن الطاقة الكامنة لتفاعل الشحنات ، ونتيجة لذلك ، إلى زيادة قوة التفاعل مقارنة بتلك المحسوبة بواسطة قانون كولوم. على سبيل المثال ، التعبير عن إمكانات شحنة نقطية في نظام CGS ، مع مراعاة التصحيحات الإشعاعية من الدرجة الأولى ، يأخذ الشكل:

أين هو الطول الموجي كومبتون للإلكترون ، هو ثابت هيكل غرامةو. على مسافات تتراوح ما بين ~ 10-18 م ، حيث توجد كتلة W-boson ، تلعب التأثيرات الكهروضعيفة دورها.

في المجالات الكهرومغناطيسية الخارجية القوية ، والتي تشكل جزءًا مهمًا من مجال تفكك الفراغ (بترتيب ~ 1018 V / m أو ~ 109 T ، يتم ملاحظة هذه الحقول ، على سبيل المثال ، بالقرب من أنواع معينة من النجوم النيوترونية ، وهي المغناطيسية) ، تم انتهاك قانون كولوم أيضًا بسبب تشتت Delbrück للفوتونات المتبادلة على فوتونات المجال الخارجي والتأثيرات غير الخطية الأخرى الأكثر تعقيدًا. تقلل هذه الظاهرة من قوة كولوم ليس فقط على المستوى المجهري ولكن أيضًا على المقياس الكبير ؛ على وجه الخصوص ، في مجال مغناطيسي قوي ، تتناقص إمكانات كولوم بشكل أسي وليس عكسيًا مع المسافة.

قانون كولوم واستقطاب الفراغ

إن ظاهرة استقطاب الفراغ في الديناميكا الكهربية الكمومية هي تكوين أزواج افتراضية من الإلكترون والبوزيترون. سحابة من أزواج الإلكترون والبوزيترون تحمي الشحنة الكهربائية للإلكترون. يزداد الغربلة مع زيادة المسافة من الإلكترون ، ونتيجة لذلك ، فإن الشحنة الكهربائية الفعالة للإلكترون هي دالة متناقصة للمسافة. يمكن وصف الجهد الفعال الناتج عن إلكترون بشحنة كهربائية بالاعتماد على النموذج. تعتمد الشحنة الفعالة على المسافة وفقًا للقانون اللوغاريتمي:

ت. ن. ثابت الهيكل الدقيق ≈7.3 10−3 ؛

ت. ن. نصف قطر الإلكترون الكلاسيكي ≈2.8 10-13 سم ..

تأثير اليولنج

تُعرف ظاهرة انحراف الإمكانات الكهروستاتيكية لشحنات النقاط في الفراغ عن قيمة قانون كولوم بتأثير يولينج ، الذي قام أولاً بحساب الانحرافات عن قانون كولوم بالنسبة لذرة الهيدروجين. يعمل تأثير Yuling على تصحيح انزياح الحمل بمقدار 27 ميجاهرتز.

قانون كولوم ونواة فائقة الثقل

في مجال كهرومغناطيسي قوي بالقرب من نوى فائقة الثقل بشحنة ، تحدث إعادة ترتيب للفراغ ، على غرار انتقال الطور العادي. هذا يؤدي إلى تعديلات على قانون كولوم

معنى قانون كولوم في تاريخ العلم

قانون كولوم هو أول قانون كمي وصيغ رياضيًا مفتوحًا للظواهر الكهرومغناطيسية. بدأ علم الكهرومغناطيسية الحديث باكتشاف قانون كولوم.

أنظر أيضا

• الحقل الكهربائي
• بعيد المدى
• قانون Biot-Savart-Laplace
• قانون الجذب
• قلادة ، تشارلز أوغستين دي
• قلادة (وحدة)
• مبدأ التراكب
• معادلات ماكسويل

الروابط

• قانون كولوم (درس بالفيديو ، برنامج الصف العاشر)

ملاحظات

1. Landau L.D، Lifshits E. M. الفيزياء النظرية: Proc. البدل: للجامعات. في 10 مجلدات T. 2 Field Theory. - الطبعة الثامنة ، ستيريو. - م: FIZMATLIT، 2001. - 536 ص. - ISBN 5-9221-0056-4 (المجلد 2) ، الفصل. 5 المجال الكهرومغناطيسي الثابت ، ص .38 مجال شحنة ثابتة الحركة ، ص 132
2. Landau L.D، Lifshits E. M. الفيزياء النظرية: Proc. البدل: للجامعات. في 10 مجلدات المجلد 3. ميكانيكا الكم (نظرية غير نسبية). - الطبعة الخامسة ، ستيريو. - م: فيزاتليت ، 2002. - 808 ص. - ISBN 5-9221-0057-2 (المجلد 3) ، الفصل. 3 معادلة شرودنجر ، ص .17 معادلة شرودنغر ، ص. 74
3. G. Bethe ميكانيكا الكم. - لكل. من الإنجليزية ، أد. في L. Bonch-Bruevich ، "Mir" ، M. ، 1965 ، الجزء الأول ، نظرية بنية الذرة ، الفصل. 1 معادلة شرودنغر والطرق التقريبية لحلها ، ص. أحد عشر
4. R. E. Peierls قوانين الطبيعة. لكل. من الانجليزية. إد. الأستاذ. I. M. Khalatnikova ، دار النشر الحكومية للأدب الفيزيائي والرياضي ، M. ، 1959 ، معرض الرماية. 20000 نسخة ، 339 ص ، الفصل. 9 "إلكترونات في بسرعات عالية"، ص." القوات بسرعات عالية. صعوبات أخرى ، ص. 263
5. L.B Okun ... z مقدمة أولية في فيزياء الجسيمات الأولية ، M. ، Nauka ، 1985 ، Kvant Library ، المجلد. 45 ، ص "الجسيمات الافتراضية" ، ص. 57.
6. نوفي بالاتصالات. أكاد. الشوري. عفريت. Petropolitanae ، ق. الرابع ، 1758 ، ص. 301.
7. Aepinus F.T.W.نظرية الكهرباء والمغناطيسية. - لام: AN SSSR 1951. - 564 ص. - (كلاسيكيات العلوم). - 3000 نسخة.
8. هابيل سوسين (1760) اكتا هيلفيتيكا، المجلد. 4 ، الصفحات 224-225.
9. جيه بريستلي. التاريخ والحالة الحالية للكهرباء مع التجارب الأصلية. لندن ، 1767 ، ص. 732.
10. جون روبسون نظام الفلسفة الميكانيكية(لندن ، إنجلترا: جون موراي ، 1822) ، المجلد. 4. في الصفحة 68 ، ذكر روبيسون أنه نشر في عام 1769 قياساته للقوة المؤثرة بين الكرات ذات الشحنة نفسها ، ويصف أيضًا تاريخ البحث في هذا المجال ، مشيرًا إلى أسماء إيبينوس وكافنديش وكولومب. في الصفحة 73 ، يكتب المؤلف أن القوة تتغير كـ x−2,06.
11. S. R. Filonovich "Cavendish، Coulomb and electostatics"، M.، "Knowledge"، 1988، LBC 22.33 F53، ch. "مصير القانون" ، ص. 48
12. R. Feynman، R. Layton، M. Sands، The Feynman Lectures in Physics، vol. 5 ، الكهرباء والمغناطيسية ، العابرة. من الإنجليزية ، أد. Ya. A. Smorodinsky ، محرر. 3 ، M. ، الافتتاحية URSS ، 2004 ، ISBN 5-354-00703-8 (الكهرباء والمغناطيسية) ، ISBN 5-354-00698-8 (عمل كامل) ، الفصل. 4 "الكهرباء الساكنة" ، ص 1 "الإحصائيات" ، ص. 70-71 ؛
13. R. Feynman، R. Layton، M. Sands، The Feynman Lectures in Physics، vol. 5 ، الكهرباء والمغناطيسية ، العابرة. من الإنجليزية ، أد. Ya. A. Smorodinsky ، محرر. 3 ، M. ، الافتتاحية URSS ، 2004 ، ISBN 5-354-00703-8 (الكهرباء والمغناطيسية) ، ISBN 5-354-00698-8 (عمل كامل) ، الفصل. 5 "تطبيقات قانون جاوس" ، ص 10 "الحقل داخل تجويف الموصل" ، ص. 106-108 ؛
14. E.R Williams، J.E Faller، H. A. Hill "New Experimental Test of Coulomb's Law: A Labour Limit on the Photon Rest Mass Mass" ، Phys. القس. بادئة رسالة. 26 ، 721-724 (1971) ؛
15. دبليو إي لامب ، آر سي ريثرفوردالتركيب الدقيق لذرة الهيدروجين بطريقة الميكروويف (الإنجليزية) // مراجعة البدنية. - ت 72. - رقم 3. - س 241-243.
16. 1 2 R. Feynman، R. Layton، M. Sands، The Feynman Lectures in Physics، vol. 5 ، الكهرباء والمغناطيسية ، العابرة. من الإنجليزية ، أد. Ya. A. Smorodinsky ، محرر. 3 ، M. ، الافتتاحية URSS ، 2004 ، ISBN 5-354-00703-8 (الكهرباء والمغناطيسية) ، ISBN 5-354-00698-8 (عمل كامل) ، الفصل. 5 "تطبيقات قانون جاوس" ، ص 8 "هل قانون كولوم دقيق؟" ، ص. 103 ؛
17. CODATA (لجنة البيانات للعلوم والتكنولوجيا)
18. Berestetsky ، V. B. ، Lifshitz ، E.M ، Pitaevsky ، L. P.الديناميكا الكهربائية الكمية. - الطبعة الثالثة ، مصححة. - م: نوكا ، 1989. - س 565-567. - 720 ثانية. - ("الفيزياء النظرية" المجلد الرابع). - ردمك 5-02-014422-3
19. ندى سعدوغيتعديل إمكانات كولوم لـ QED في مجال مغناطيسي قوي (إنجليزي).
20. Okun L. B. "فيزياء الجسيمات الأولية" ، أد. 3rd، M.، "Editorial URSS"، 2005، ISBN 5-354-01085-3، BBC 22.382 22.315 22.3o، ch. 2 "الجاذبية. الديناميكا الكهربية ، "استقطاب الفراغ" ، ص. 26-27 ؛
21. "فيزياء العالم المصغر" ، الفصل. إد. شيركوف ، إم ، "الموسوعة السوفيتية" ، 1980 ، 528 ص ، ص ، 530.1 (03) ، F50 ، مقالة. "تهمة فعالة" ، أد. فن. شيركوف ، ص 496 ؛
22. يافورسكي بي إم "كتيب الفيزياء للمهندسين وطلاب الجامعات" / ب. م. يافورسكي ، أ.أ. ديتلاف ، أ.ك.ليبيديف ، الطبعة الثامنة ، المنقحة. وتصحيحه ، M: Publishing House Onyx LLC ، Publishing House Mir and Education LLC ، 2006 ، 1056 صفحة: رسوم توضيحية ، ISBN 5-488-00330-4 (OOO Publishing House Onyx) ، ISBN 5-94666-260-0 (العالم and Education Publishing House LLC) ، ISBN 985-13-5975-0 (Harvest LLC) ، UDC 530 (035) BBK 22.3 ، Ya22 ، "الملاحق" ، "الثوابت المادية الأساسية" ، ص. 1008 ؛
23. أولينج إي إيه ، فيز. القس 48 ، 55 (1935)
24. "الميزون والحقول" S. Schweber، G. Bethe، F. Hoffman volume 1 Fields ch. 5 خصائص معادلة ديراك ص 2. الدول ذات الطاقة السالبة ص. 56 ، الفصل. 21 إعادة التطبيع ، القسم 5 استقطاب الفراغ ق 336
25. ألف باء مجدال "فراغ الاستقطاب في المجالات القوية وتكثيف بيون" ، "التقدم العلوم الفيزيائية"، العدد 123 ، ج. 3 ، 1977 ، نوفمبر ، ص. 369-403 ؛
26. Spiridonov O.P. "الثوابت الفيزيائية العالمية" ، M. ، "التنوير" ، 1984 ، ص. 52-53 ؛

المؤلفات

1. Filonovich S.R.مصير القانون الكلاسيكي. - M. ، Nauka ، 1990. - 240 صفحة ، ISBN 5-02-014087-2 (مكتبة الكم ، العدد 79) ، حوالي. 70500 نسخة

فئات:

• القوانين الفيزيائية
• الكهرباء الساكنة

قانون كولوم

قضبان الالتواء في كولوم

قانون كولوم- أحد القوانين الرئيسية للكهرباء الساكنة ، والذي يحدد مقدار القوة مباشرة بين شحنتين نقطيتين غير عنيفتين. من الناحية التجريبية ، وبدقة كافية ، تم وضع القانون لأول مرة بواسطة هنري كافنديش عام 1773. هزم طريقة المكثف الكروي ، لكنه لم ينشر نتائجه. في عام 1785 ، قدم القانون تشارلز كولوم بمساعدة شروط الالتواء الخاصة.

ميعاد

القوة الكهروستاتيكية للتفاعل F 12 لشحنتين غير عنيفة من نقطتين q 1 و q 2 في الفراغ تتناسب طرديًا مع القيمة المطلقة للشحنات ويتم لفها بالتناسب مع مربع المسافة r 12 بينهما.و 12 = ل ⋅ q 1 ⋅ q 2 r 12 2 (displaystyle F_ (12) = k cdot (frac (q_ (1) cdot q_ (2)) (r_ (12) ^ (2))) ) ،

لشكل المتجه:

و 12 = ل ⋅ q 1 ⋅ q 2 r 12 3 r 12 (displaystyle mathbf (F_ (12)) = k cdot (frac (q_ (1) cdot q_ (2)) (r_ (12) ^ (3))) \ mathbf (r_ (12))) ،

يتم توجيه قوة الطريقة المتبادلة في خط مستقيم ، وهو ما يعادل شحنة واحدة ، ويتم خلط نفس الشحنات ، ولكن يتم جذبها بشكل مختلف.القوى التي يحددها قانون كولوم هي القوى المضافة.

ل vikonannya القانون المصوغ ضروري ، بحيث أنهم vikonuyutsya لذلك مانع:

1. نقطة الشحن - بين الأجسام المشحونة يمكن تحميلها بمزيد من الماء.
2. عدم قابلية التدمير في الرسوم. في الاتجاه المعاكس ، من الضروري إعادة المجال المغناطيسي إلى الشحنة المنهارة.
3. تمت صياغة القانون لتوجيه الاتهامات في الفراغ.

أصبحت كهرباء

معامل التناسب كيمكنني تسمية الفولاذ الكهروستاتيكي. Vіn لتقع في اختيار vіd وحده vimіryuvannya. لذلك ، النظام الدولي لديه واحد (СІ)

البوتاسيوم = 1 4 π ε 0 ≈ (displaystyle k = (frac (1) (4 pi varepsilon _ (0))) تقريبًا) 8.987742438 109 N m2 C-2،

de ε 0 (\ displaystyle \ varepsilon _ (0)) - أصبح كهربائيًا. يمكن رؤية قانون كولوم:

و 12 = 1 4 π ε 0 q 1 q 2 r 12 3 r 12 (\ displaystyle \ mathbf (F) _ (12) = (\ frac (1) (4 \ pi \ varepsilon _ (0))) (\ frac (q_ (1) q_ (2)) (r_ (12) ^ (3))) \ mathbf (r) _ (12)).

تحديث الساعة الماضية ، كان النظام الرئيسي لوحده vimiryuvannya هو نظام SGS. تمت كتابة الكثير من الأدبيات الفيزيائية الكلاسيكية باستخدام مصادر مختلفة لأحد أنظمة CGS المختلفة - النظام الغاوسي للوحدات. تم سحب تهمة واحدة لها في مثل هذه الرتبة ك= 1 ، وقانون كولوم يشبه:

و 12 = q 1 q 2 r 12 3 r 12 (displaystyle mathbf (F) _ (12) = (frac (q_ (1) q_ (2)) ((r) _ (12) ^ (3) )) \ mathbf (r) _ (12)).

يمكن أن تكون وجهة نظر مماثلة لقانون كولوم فريدة من نوعها في الأنظمة الذرية ، والتي انتصرت للفيزياء الذرية لأبحاث الكيمياء الكمومية.

قانون كولوم في المنتصف

في المنتصف ، تتغير قوة العلاقة المتبادلة بين الشحنات ، مما يؤدي إلى ظهور الاستقطاب. بالنسبة لوسط موحد الخواص ، يسمى التغيير في خاصية القيمة النسبية لهذا الوسيط الصلب العازل ، أو الاختراق العازل والصوت يعني ε (displaystyle varepsilon). قد تبدو قوة كولوم في النظام СІ

و 12 = 1 4 π ε ε 0 q 1 q 2 r 12 3 r 12 (displaystyle mathbf (F) _ (12) = (frac (1) (4 pi varepsilon varepsilon _ (0)) ) (\ frac (q_ (1) q_ (2)) (r_ (12) ^ (3))) \ mathbf (r) _ (12)).

أصبح العازل أكثر قربًا من الوحدة ، لذلك من الممكن في المستقبل الفوز بصيغة الفراغ بدقة كافية.

تاريخ

التخمينات حول أن التفاعل بين الأجسام المكهربة يخضع لنفس قانون التناسب مع مربع المسافة ، وهو ثقيل ، نوقشها مرارًا وتكرارًا من قبل الناجين في منتصف القرن الثامن عشر. على قطعة خبز من سبعينيات القرن الثامن عشر ، اكتشف هنري كافنديش نتائجه تجريبياً ، لكنه لم ينشر نتائجه ، ولم يكن على علم بها إلا في القرن التاسع عشر. بعد الحدث ونشر أرشيف يوغو. نشر تشارلز كولوم قانون عام 1785 في مذكرتين تم تقديمهما إلى الأكاديمية الفرنسية للعلوم. في عام 1835 ، نشر كارل غاوس نظرية غاوس بناءً على قانون كولوم. في ضوء نظرية غاوس ، تم تضمين قانون كولوم قبل المساواة الرئيسية في الديناميكا الكهربائية.

إعادة فحص القانون

للمشاهد العيانية أثناء التجارب في العقول الأرضية ، والتي أجريت باستخدام طريقة كافنديش ، مؤشر الدرجة صفي قانون كولوم ، من المستحيل تغيير 2 أكبر بمقدار 6 10−16. من تجارب تمدد جسيمات ألفا ، يبدو أن قانون كولوم لا ينقسم إلى 10-14 م. في هذه المنطقة ذات المقاييس الواسعة ، تم تطوير قوانين ميكانيكا الكم.

يمكن اعتبار قانون كولوم كواحد من آخر الأمثلة على الديناميكا الكهربية الكمية ، والتي في إطارها يعتمد تفاعل ترددات الشحن على تبادل الفوتونات الافتراضية. نتيجة لذلك ، يمكن اعتبار التجارب على إعادة التحقق من الديناميكا الكهربية الكمية دليلاً على إعادة التحقق من قانون كولوم. وهكذا ، فإن التجارب التي أُجريت على إبادة الإلكترونات والبوزيترونات تُظهر أن قوانين الديناميكا الكهربية الكمية لا يمكن تعديلها حتى مسافة 10-18 مترًا.

ديف. أيضا

• نظرية جوس
• قوة لورنتز

Dzherela

• غونشارينكو س.الفيزياء: القوانين والصيغ الأساسية. - K.: Libid، 1996. - 47 p.
• كوتشيرك آي. م ، جورباتشوك آي. T. ، Lutsik P.الكهرباء والمغناطيسية // مقرر زغالني للفيزياء. - ك: Tehnika، 2006. - T. 2. - 456 ص.
• Frish S. E. ، Timoreva A. V.الظواهر الكهربائية والكهرومغناطيسية // دورة الفيزياء العالمية. - ك .: مدرسة راديانسكا ، 1953. - 2. - 496 ص.
• موسوعة فيزيائية / محرر. إيه إم بروخوروفا. - م: الموسوعة السوفيتية ، 1990. - ت 2 - 703 ص.
• Sivukhin D.V.الكهرباء // دورة الفيزياء العامة. - M.: Fizmatlit، 2009. - T. 3. - 656 ص.

ملاحظات

1. لكن ب يمكن تقريب قانون كولوم بالنسبة لشحنات الرحم ، لأن خفتها أغنى من خفة الضوء
2. لكن ب Y - Coulomb (1785a) "Premier Mémoire sur l'électricité et le Magnétisme،" ، الصفحات 569-577 - قلادة تستخدم قوة الشحنات أحادية الطلقة:
   

   الصفحة 574: Il résulte donc de ces trois essais، que l "action répulsive que les deux balles électrifées de la même nature d" éelectricité exercise l "une sur l" autre، suit la répulsive du carré des distances.

   ترجمة: أيضًا ، من هذه triokh doslіdіv sludu ، أن قوة vіdshtovhuvannya بين ملفين مكهربين ، مشحونين بالكهرباء من نفس الطبيعة ، تتبع قانون التناسب الذي تحول إلى مربع vіdstani ..

   Y - Coulomb (1785b) "Second mémoire sur l'électricité et le Magnétisme،" Histoire de l'Académie Royale des Sciences، الصفحات 578-611. - أظهرت القلادة أن الأجسام من الشحنات المعاكسة تنجذب بقوة القوة النسبية.

3. اختر صيغة عقول مطوية جيدًا ، بحيث لا تكون الوحدة الأساسية في النظام الدولي شحنة كهربائية ، ولكن وحدة الطاقة الكهربائية هي أمبير ، لكن المعادلة الرئيسية للديناميكا الكهربية مكتوبة بدون مضاعف 4 π (displaystyle 4 \ بي).

قانون كولوم

ايرينا رودرفير

قانون كولوم هو قانون تفاعل الشحنات الكهربائية النقطية.

اكتشفه كولوم في عام 1785. بعد إجراء عدد كبير من التجارب على الكرات المعدنية ، أعطى تشارلز كولوم الصيغة التالية للقانون:

يتم توجيه قوة التفاعل بين جسمين مشحونين بلا حراك في الفراغ على طول الخط المستقيم الذي يربط الشحنات ، وتتناسب طرديًا مع منتج وحدات الشحن وتتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بينهما.
من المهم ملاحظة أنه لكي يكون القانون صحيحًا ، من الضروري:
1. رسوم نقطية - أي المسافة بين الأجسام المشحونة أكبر بكثير من حجمها.
2. جمودهم. خلافًا لذلك ، يجب مراعاة التأثيرات الإضافية: المجال المغناطيسي الناشئ للشحنة المتحركة وقوة لورنتز الإضافية المقابلة التي تعمل على شحنة متحركة أخرى.
3. التفاعل في الفراغ.
ومع ذلك ، مع بعض التعديلات ، فإن القانون صالح أيضًا لتفاعلات الرسوم في وسيط ونقل الرسوم.

في شكل ناقل ، في صياغة S.Coulomb ، يتم كتابة القانون على النحو التالي:

حيث F1،2 هي القوة التي تعمل بها الشحنة 1 على الشحنة 2 ؛ q1 ، q2 - حجم الشحنات ؛ - متجه نصف القطر (متجه موجه من الشحنة 1 إلى الشحنة 2 ، ومتساوٍ ، في المعامل ، إلى المسافة بين الشحنات - r12) ؛ ك - معامل التناسب. وبالتالي ، يشير القانون إلى أن الرسوم المتشابهة تتنافر (وعلى عكس الرسوم تجتذب).

لا تكوي على الصوف!

مع العلم بوجود الكهرباء منذ آلاف السنين ، بدأ الإنسان في دراستها علميًا فقط في القرن الثامن عشر. (من المثير للاهتمام أن علماء تلك الحقبة ، الذين تناولوا هذه المشكلة ، اختاروا الكهرباء كعلم منفصل عن الفيزياء ، وأطلقوا على أنفسهم اسم "كهربائيين".) كان تشارلز أوغستين دي كولوم أحد رواد الكهرباء الرائدين. بعد أن درس بعناية قوى التفاعل بين الأجسام التي تحمل شحنات كهروستاتيكية مختلفة ، صاغ القانون الذي يحمل اسمه الآن. في الأساس ، أجرى تجاربه على النحو التالي: تم نقل الشحنات الكهروستاتيكية المختلفة إلى كرتين صغيرتين معلقتين على أنحف خيوط ، وبعد ذلك اقترب التعليق مع الكرات. مع النهج الكافي ، بدأت الكرات في جذب بعضها البعض (مع قطبية معاكسة للشحنات الكهربائية) أو تتنافر (في حالة الشحنات أحادية القطب). نتيجة لذلك ، انحرفت الخيوط عن العمودي بزاوية كبيرة بما فيه الكفاية حيث تم موازنة قوى الجذب أو التنافر الكهروستاتيكي بواسطة قوى جاذبية الأرض. بعد قياس زاوية الانحراف ومعرفة كتلة الكرات وطول المعلقات ، قام كولوم بحساب قوى التفاعل الكهروستاتيكي على مسافات مختلفة من الكرات عن بعضها البعض ، وبناءً على هذه البيانات ، استخلص صيغة تجريبية:

حيث Q و q هي مقادير الشحنات الكهروستاتيكية ، و D هي المسافة بينهما ، و k هو ثابت كولوم المحدد تجريبياً.

نلاحظ على الفور نقطتين مهمتين في قانون كولوم. أولاً ، في شكله الرياضي ، يكرر قانون نيوتن للجاذبية العامة ، إذا استبدلنا الكتل بشحنات ، وثابت نيوتن بثابت كولوم. وهناك أسباب وجيهة لهذا التشابه. حسب الحديث نظرية الكمتنشأ المجالات الكهربائية ومجال الجاذبية عندما تتبادل الأجسام المادية ناقلات الطاقة والجسيمات الأولية - الفوتونات أو الجرافيتونات ، التي ليس لها كتلة سكون ، على التوالي. وهكذا ، على الرغم من الاختلاف الواضح في طبيعة الجاذبية والكهرباء ، فإن هاتين القوتين لديهما الكثير من القواسم المشتركة.

الملاحظة الثانية المهمة تتعلق بثابت كولوم. عندما طور الفيزيائي الاسكتلندي جيمس كلارك ماكسويل نظام معادلات ماكسويل لوصف عام للحقول الكهرومغناطيسية ، اتضح أن ثابت كولوم يرتبط ارتباطًا مباشرًا بسرعة الضوء ج. أخيرًا ، أظهر ألبرت أينشتاين أن c تلعب دور ثابت عالمي أساسي في إطار نظرية النسبية. وبهذه الطريقة يمكن تتبع الطريقة الأكثر تجريدًا والنظريات العالمية العلم الحديثتم تطويره تدريجيًا ، واستيعاب النتائج التي تم الحصول عليها مسبقًا ، بدءًا من الاستنتاجات البسيطة التي تم إجراؤها على أساس التجارب الفيزيائية على سطح المكتب.
http://elementy.ru/trefil/coulomb_law
http://www.fieldphysics.ru/coulombs_law/
http://www.vnz.ru/spravki/zakon-Kulona.html

مفهوم الكهرباء. كهربة. الموصلات وأشباه الموصلات والمواد العازلة. الشحنة الأولية وخصائصها. قانون كولوم. شدة المجال الكهربائي. مبدأ التراكب. المجال الكهربائي كمظهر من مظاهر التفاعل. المجال الكهربائي لثنائي القطب الأولي.

مصطلح الكهرباء يأتي من كلمة اليونانيةإلكترون (كهرماني).

الكهربة هي عملية نقل الطاقة الكهربائية إلى الجسم.

تكلفة. تم تقديم هذا المصطلح في القرن السادس عشر من قبل العالم والطبيب الإنجليزي جيلبرت.

الشحن الكهربائي عبارة عن قيمة سفلية فيزيائية تميز خصائص الأجسام أو الأجزاء للدخول في التفاعلات الكهرومغناطيسية وتحدد قوة هذه التفاعلات وطاقاتها.

خواص الشحنات الكهربائية:

1. في الطبيعة ، هناك نوعان من الشحنات الكهربائية. موجب (يظهر على الزجاج المحك بالجلد) وسالب (يظهر على الإيبونيت المحك بالفراء).

2. تتنافر الرسوم التي تحمل الاسم نفسه ، على عكس رسوم الجذب.

3. لا توجد شحنة كهربائية بدون جسيمات ناقل الشحن (إلكترون ، بروتون ، بوزيترون ، إلخ.) على سبيل المثال ، لا يمكن إزالة الشحنة الكهربية من الإلكترون والجسيمات الأولية المشحونة.

4. الشحنة الكهربائية منفصلة ، أي شحنة أي جسم هو عدد صحيح من مضاعفات شحنة كهربائية أولية ه(ه = 1.6 10-19 ج). الإلكترون (أي= 9,11 10 -31 كجم) و بروتون (ر ص = 1.67 10-27 كجم) هي على التوالي ناقلات لشحنات أولية سالبة وموجبة (الجسيمات ذات الشحنة الكهربائية الجزئية معروفة: – 1/3 ه و 2/3 ه - هذه الكواركات والكواركات المضادة ، لكن لم يتم العثور عليهم في الدولة الحرة).

5. الشحنة الكهربائية - المقدار ثابت نسبياً , أولئك. لا تعتمد على الإطار المرجعي ، وبالتالي لا تعتمد على ما إذا كانت هذه الشحنة تتحرك أو في حالة سكون.

6. من تعميم البيانات التجريبية ، القانون الأساسي للطبيعة - قانون حفظ الشحنة: المبلغ الجبري

أما الشحنات الكهربائية لأي نظام مغلق(أنظمة لا تتبادل الرسوم مع جهات خارجية) لا يزال دون تغيير ، بغض النظر عن العمليات التي تتم داخل هذا النظام.

تم تأكيد القانون تجريبياً في عام 1843 من قبل فيزيائي إنجليزي

فاراداي ( 1791-1867) وغيرها ، أكدها ولادة وفناء الجزيئات والجسيمات المضادة.

وحدة الشحنة الكهربائية (الوحدة المشتقة ، حيث يتم تحديدها من خلال وحدة القوة الحالية) - قلادة (ج): 1 ج - شحنة كهربائية ،

يمر عبر المقطع العرضي للموصل بقوة تيار 1 أ لمدة 1 ثانية.

جميع الأجسام في الطبيعة قادرة على أن تكون مكهربة ؛ الحصول على شحنة كهربائية. يمكن إجراء كهربة الهيئات طرق مختلفة: التلامس (الاحتكاك) ، الحث الكهروستاتيكي

وغيرها. يتم تقليل أي عملية شحن إلى فصل الشحنات ، حيث يوجد فائض في أحد الجثث (أو جزء من الجسم) شحنة موجبة، وعلى الجانب الآخر (أو جزء آخر من الجسم) - فائض من الشحنة السالبة. لم يتغير العدد الإجمالي للتهم لكلتا العلامتين الموجودتين في الجثتين: يتم إعادة توزيع هذه التهم فقط بين الجثتين.

كهربة الأجسام أمر ممكن لأن الأجسام تتكون من جزيئات مشحونة. في عملية كهربة الأجسام ، يمكن للإلكترونات والأيونات التي تكون في حالة حرة أن تتحرك. تبقى البروتونات في النوى.

اعتمادًا على تركيز الشحنات المجانية ، يتم تقسيم الأجسام إلى الموصلات والعوازل وأشباه الموصلات.

الموصلات- الأجسام التي يمكن فيها خلط الشحنة الكهربائية مع حجمها. الموصلات تنقسم إلى مجموعتين:

1) موصلات من النوع الأول (معادن) - تحويل إلى

الشحنات (الإلكترونات الحرة) غير مصحوبة بمواد كيميائية

التحولات.

2) موصلات من النوع الثاني (على سبيل المثال ، الأملاح المنصهرة ،

نطاقات الحمض) - نقل الشحنات فيها (موجبة وسالبة

الأيونات) تؤدي إلى تغيرات كيميائية.

عوازل(على سبيل المثال ، الزجاج والبلاستيك) - الأجسام التي لا توجد فيها رسوم مجانية عمليًا.

أشباه الموصلات (مثل الجرمانيوم والسيليكون) تحتل

وسيط بين الموصلات والعوازل. هذا التقسيم للأجسام تعسفي للغاية ، لكن الاختلاف الكبير في تركيزات الشحنات الحرة فيها يسبب اختلافات نوعية هائلة في سلوكهم ، وبالتالي يبرر تقسيم الأجسام إلى موصلات وعوازل كهربائية وأشباه موصلات.

كهرباء- علم الشحنات الثابتة

قانون كولوم.

قانون التفاعل نقطة ثابتة الشحنات الكهربائية

تم تركيبه تجريبيًا في عام 1785 بواسطة Sh. Coulomb باستخدام موازين الالتواء.

كافنديش مماثلة لتلك التي استخدمها جي كافنديش لتحديد ثابت الجاذبية (اكتشف هذا القانون سابقًا من قبل جي كافنديش ، لكن عمله ظل مجهولًا لأكثر من 100 عام).

نقطة تهمة ،يسمى الجسم المشحون أو الجسيم الذي يمكن إهمال حجمه مقارنة بالمسافة التي تفصل بينهما.

قانون كولوم: قوة التفاعل بين شحنتين نقطيتين ثابتتين في الفراغيتناسب مع الرسوم ف 1و q2 ،ويتناسب عكسياً مع مربع المسافة r بينهما :

ك - عامل التناسب حسب اختيار النظام

في SI

قيمة ε 0 مسمى ثابت كهربائي تشير إلى

رقم الثوابت الفيزيائية الأساسية ويساوي:

ε 0 = 8.85 10-12 ج 2 / نيوتن ∙ م 2

في شكل ناقل ، قانون كولوم في الفراغ له الشكل:

أين متجه نصف القطر يربط الشحنة الثانية بالشحنة الأولى ، F 12 هي القوة المؤثرة من الشحنة الثانية على الأولى.

دقة تنفيذ قانون كولوم على مسافات كبيرة تصل إلى

10 7 م ، أنشئت أثناء الدراسة حقل مغناطيسيبمساعدة الأقمار الصناعية

في الفضاء القريب من الأرض. دقة تنفيذه على مسافات قصيرة حتى 10 -17 م ، تم التحقق منه من خلال تجارب على تفاعل الجسيمات الأولية.

قانون كولوم في البيئة

في جميع الوسائط ، تكون قوة تفاعل كولوم أقل من قوة التفاعل في الفراغ أو الهواء. الكمية الفيزيائية التي توضح عدد المرات التي تكون فيها قوة التفاعل الكهروستاتيكي في الفراغ أكبر من تلك الموجودة في وسط معين تسمى سماحية الوسط ويُشار إليها بالحرف ε.

ε = F في الفراغ / F في المتوسط

قانون كولوم بشكل عام في SI:

خصائص قوى كولوم.

1. قوى كولوم هي قوى من النوع المركزي لأنها موجهة على طول خط مستقيم يربط بين الشحنات

قوة كولوم هي قوة جذابة إذا كانت علامات الشحنات مختلفة وقوة طاردة إذا كانت علامات الشحنات هي نفسها.

3. بالنسبة لقوات كولوم ، قانون نيوتن الثالث ساري المفعول

4. قوى كولوم طاعة لمبدأ الاستقلال أو التراكب ، لأن لن تتغير قوة التفاعل بين شحنتين نقطتين عندما تظهر الشحنات الأخرى بالقرب. القوة الناتجة للتفاعل الكهروستاتيكي التي تعمل على شحنة معينة تساوي مجموع متجه لقوى التفاعل لشحنة معينة مع كل شحنة من النظام على حدة.

و = و ١٢ + و ١٣ + و ١٤ + + و ١ نيوتن

تتم التفاعلات بين الشحنات عن طريق مجال كهربائي. المجال الكهربائي هو شكل خاص من أشكال وجود المادة ، يتم من خلاله التفاعل بين الشحنات الكهربائية. يتجلى المجال الكهربائي من خلال حقيقة أنه يعمل بقوة على أي شحنة أخرى يتم إدخالها في هذا المجال. يتم إنشاء مجال إلكتروستاتيكي بواسطة الشحنات الكهربائية الثابتة وينتشر في الفضاء بسرعة محدودة ج.

تسمى خاصية القوة للمجال الكهربائي بالقوة.

توتركهربائي في وقت ما يسمى الكمية المادية, يساوي النسبةالقوة التي يعمل بها المجال على شحنة اختبار موجبة موضوعة عند نقطة معينة ، في مقياس هذه الشحنة.

شدة المجال لنقطة الشحنة q:

مبدأ التراكب:إن شدة المجال الكهربائي الناتج عن نظام الشحنات عند نقطة معينة في الفضاء تساوي مجموع المتجه لقوى المجالات الكهربائية التي تم إنشاؤها في هذه المرحلة بواسطة كل شحنة على حدة (في حالة عدم وجود شحنات أخرى).

تعتبر الرسوم والكهرباء شروطًا واجبة في تلك الحالات عند ملاحظة تفاعل الهيئات المشحونة. يبدو أن قوى التنافر والجاذبية تنبثق من الأجسام المشحونة وتنتشر في نفس الوقت في جميع الاتجاهات ، وتتلاشى تدريجياً بعيدًا عن بعد. اكتشف عالم الطبيعة الفرنسي الشهير تشارلز كولوم هذه القوة ذات مرة ، ومنذ ذلك الحين سميت القاعدة التي تطيع الجثث المشحونة بقانون كولوم.

قلادة تشارلز

ولد العالم الفرنسي في فرنسا حيث تلقى تعليمًا ممتازًا. طبق بنشاط المعرفة المكتسبة في العلوم الهندسية وقدم مساهمة كبيرة في نظرية الآليات. كولوم هو مؤلف الأعمال التي درست تشغيل طواحين الهواء ، وإحصاءات الهياكل المختلفة ، والتواء الخيوط تحت تأثير القوى الخارجية. ساعد أحد هذه الأعمال في اكتشاف قانون كولوم-أمونتون ، الذي يشرح عمليات الاحتكاك.

لكن تشارلز كولوم قدم المساهمة الرئيسية في دراسة الكهرباء الساكنة. أدت التجارب التي أجراها هذا العالم الفرنسي إلى فهم أحد أكثر قوانين الفيزياء أساسية. له أننا مدينون بمعرفتنا بطبيعة تفاعل الأجسام المشحونة.

معرفتي

يتم توجيه قوى الجذب والتنافر التي تعمل بها الشحنات الكهربائية على بعضها البعض على طول الخط المستقيم الذي يربط بين الأجسام المشحونة. مع زيادة المسافة ، تضعف هذه القوة. بعد قرن من اكتشاف إسحاق نيوتن قانون الجاذبية العالمي الخاص به ، قام العالم الفرنسي سي كولومب بشكل تجريبي بالتحقيق في مبدأ التفاعل بين الأجسام المشحونة وأثبت أن طبيعة مثل هذه القوة تشبه قوى الجاذبية. علاوة على ذلك ، كما اتضح فيما بعد ، تتصرف الأجسام المتفاعلة في مجال كهربائي بنفس الطريقة التي تتصرف بها أي أجسام ذات كتلة في مجال الجاذبية.

جهاز كولوم

يظهر مخطط الجهاز الذي أجرى تشارلز كولوم قياساته في الشكل:

كما ترى ، لا يختلف هذا التصميم في جوهره عن الجهاز الذي استخدمه كافنديش ذات مرة لقياس قيمة ثابت الجاذبية. ينتهي قضيب عازل معلق على خيط رفيع بكرة معدنية تُعطى شحنة كهربائية معينة. تقترب كرة معدنية أخرى من الكرة ، وبعد ذلك ، عندما تقترب ، تُقاس قوة التفاعل بدرجة التواء الخيط.

تجربة كولوم

اقترح كولوم أنه يمكن تطبيق قانون هوك المعروف آنذاك على القوة التي يتم بها التواء الخيط. قارن العالم التغير في القوة على مسافات مختلفة بين كرة وأخرى ووجد أن قوة التفاعل تغير قيمتها عكسيًا مع مربع المسافة بين الكرات. تمكنت القلادة من تغيير قيم الكرة المشحونة من q إلى q / 2 و q / 4 و q / 8 وما إلى ذلك. مع كل تغيير في المسؤول ، تغيرت قوة التفاعل قيمتها بشكل متناسب. لذلك ، بشكل تدريجي ، تمت صياغة قاعدة ، والتي سُميت فيما بعد "قانون كولوم".

تعريف

من الناحية التجريبية ، أثبت العالم الفرنسي أن القوى التي يتفاعل معها جسمان مشحونان تتناسب مع ناتج شحناتهما وتتناسب عكسًا مع مربع المسافة بين الشحنات. هذا البيان هو قانون كولوم. في الشكل الرياضي ، يمكن التعبير عنها على النحو التالي:

في هذا التعبير:

• q هو مقدار الشحن ؛
• د هي المسافة بين الأجسام المشحونة ؛
• k هو الثابت الكهربائي.

تعتمد قيمة الثابت الكهربائي إلى حد كبير على اختيار وحدة القياس. في النظام الحديثيقاس مقدار الشحنة الكهربائية بوحدة الكولوم ، والثابت الكهربائي ، على التوالي ، بالنيوتن × م 2 / كولوم 2.

أظهرت القياسات الأخيرة ذلك معامل معينيجب أن يأخذ في الاعتبار ثابت العزل للوسيط الذي تُجرى فيه التجربة. الآن تظهر القيمة في شكل نسبة k \ u003d k 1 / e ، حيث k 1 ثابت كهربائي مألوف لنا بالفعل ، وليس مؤشرًا السماحية. في ظل ظروف الفراغ ، هذه القيمة تساوي الوحدة.

استنتاجات من قانون كولوم

أجرى العالم تجارب بشحنات مختلفة ، واختبر التفاعل بين الأجسام ذات الشحنات المختلفة. بالطبع ، لم يستطع قياس الشحنة الكهربائية في أي وحدة - لم يكن يفتقر إلى المعرفة ولا الأدوات المناسبة. تمكن تشارلز كولوم من فصل القذيفة عن طريق لمس الكرة المشحونة بدون شحن. لذلك حصل على قيم كسرية من الشحنة الأولية. أظهر عدد من التجارب أن الشحنة الكهربائية محفوظة ، ويتم التبادل دون زيادة أو نقصان في كمية الشحنة. شكل هذا المبدأ الأساسي أساس قانون حفظ الشحنة الكهربائية. في الوقت الحاضر ، ثبت أن هذا القانون يُلاحظ في كل من العالم الصغير للجسيمات الأولية وفي الكون الكبير للنجوم والمجرات.

الشروط اللازمة لتطبيق قانون كولوم

من أجل الوفاء بالقانون بدقة أكبر ، يجب استيفاء الشروط التالية:

• يجب أن تكون الرسوم نقطة. بمعنى آخر ، يجب أن تكون المسافة بين الأجسام المشحونة المرصودة أكبر بكثير من أحجامها. إذا كانت الأجسام المشحونة كروية ، فيمكننا أن نفترض أن الشحنات كلها في نقطة تمثل مركز الكرة.
• يجب أن تكون الأجسام المراد قياسها ثابتة. خلاف ذلك ، سوف تتأثر الشحنة المتحركة بالعديد من العوامل الخارجية ، على سبيل المثال ، قوة لورنتز ، والتي تمنح الجسم المشحون تسارعًا إضافيًا. وكذلك المجال المغناطيسي لجسم متحرك مشحون.
• يجب أن تكون الأجسام المرصودة في فراغ لتجنب تأثير تدفقات الكتلة الهوائية على نتائج الملاحظات.

قانون كولوم والديناميكا الكهربية الكمومية

من وجهة نظر الديناميكا الكهربية الكمومية ، يحدث تفاعل الأجسام المشحونة من خلال تبادل الفوتونات الافتراضية. إن وجود مثل هذه الجسيمات غير القابلة للرصد والكتلة الصفرية وليس الشحنة الصفرية يدعمه بشكل غير مباشر مبدأ عدم اليقين. وفقًا لهذا المبدأ ، يمكن أن يوجد فوتون افتراضي بين لحظات انبعاث مثل هذا الجسيم وامتصاصه. كلما كانت المسافة بين الأجسام أصغر ، قل الوقت الذي يقضيه الفوتون في مرور المسار ، وبالتالي ، زادت طاقة الفوتونات المنبعثة. على مسافة صغيرة بين الشحنات المرصودة ، يسمح مبدأ عدم اليقين بتبادل كل من جسيمات الموجة القصيرة والموجة الطويلة ، وعلى مسافات كبيرة ، لا تشارك فوتونات الموجة القصيرة في التبادل.

هل هناك حدود لتطبيق قانون كولوم

يشرح قانون كولوم بشكل كامل سلوك شحنتين نقطتين في الفراغ. ولكن عندما يتعلق الأمر بالأجسام الحقيقية ، ينبغي على المرء أن يأخذ في الاعتبار الأبعاد الحجمية للأجسام المشحونة وخصائص الوسط الذي تتم فيه الملاحظة. على سبيل المثال ، لاحظ بعض الباحثين أن الجسم الذي يحمل شحنة صغيرة ويتم إدخاله بالقوة إلى المجال الكهربائي لجسم آخر بشحنة كبيرة يبدأ في الانجذاب إلى هذه الشحنة. في هذه الحالة ، يفشل البيان القائل بأن الأجسام المشحونة بالمثل تتنافر ، ويجب البحث عن تفسير آخر للظاهرة المرصودة. على الأرجح ، نحن لا نتحدث عن انتهاك لقانون كولوم أو مبدأ الحفاظ على الشحنة الكهربائية - من الممكن أننا نلاحظ ظواهر لم تتم دراستها بالكامل حتى النهاية ، والتي سيتمكن العلم من شرحها بعد ذلك بقليل .