شرح قانون كولوم
الكهرباء
عندما نقوم بنزع الملابس الصوفية في أيام الشتاء فإننا نسمع صوت فرقعات وفي بعض الحالات نشاهد ومضة كهربائية، أو عندما نلامس بعض الأشخاص أو عندما نمسك يد الباب نشعر بصدمة كهربائية، فقد أدركت العديد من الحضارات القديمة وجود شحنات مسؤولة عن ظواهر الكهرباء المختلفة، فلاحظ الفيلسوف طاليس أنّه عند دلك قطعة من الكهرمان بقطعة من القماش فإنّ الريش والخيوط الصوفية أو القطنية تنجذب لها، كما كان العالم الإنجليزي وليم جلبرت من أوائل العلماء الذين درسوا الظواهر الكهربائية ووجد أنّ هنالك قوة جذب مجهولة بين الأجسام المشحونة، وبعد قيام العالم بنجامين فرانكلين بالعديد من التجارب وجد أنّ هنالك شحنات كهربائية موجبة وسالبة بينما العالم الإنجليزي ستيفن غراي وجد من خلال قيامه بالعديد من التجارب أن هنالك مواد موصلة لشحنات ومواد عازلة، من خلال هذا المقال سوف نتعرف على مفهوم الشحنة وخصائصها، وسوف نتعرف على مفهوم قانون كولوم وعلى ماذا يعتمد.
مفهوم الشحنة
الشحنة الكهربائية عبارة عن خاصية فيزيائية للمادة وهي تنشأ بسبب فقدان أو اكتساب الأجسام للإلكترونات، حيث تتكون المادة من ذرات وتكون الذرات في الحالة الطبيعية متعادلة الشحنة وذلك لأنّ عدد البروتونات الموجبة فيها تساوي عدد الإلكترونات السالبة، فعند اكتساب الجسم للإلكترونات فإنّ عدد الشحنات السالبة تزداد وبالتالي تصبح شحنة الجسم سالبة، أمّا عند فقدان الجسم للإلكترونات فإنّ عدد الشحنات الموجبة (البروتونات تزداد) وبالتالي تصبح شحنة الجسم موجبة، وتقاس الشحنة الكهربائية بوحدة الكولوم وذلك تقديراً لجهود العالم كولوم الذي ساهم بشكل كبير في إيجاد العلاقة بين الشحنات الكهربائية.
خصائص الشحنات الكهربائية
- تقسم الشحنات الكهربائية إلى ثلاثة أنواع فهنالك شحنات موجبة مثل البروتونات، وشحنات سالبة مثل: الإلكترونات، وشحنات متعادلة مثل الفوتونات، والنيوترونات.
- الشحنة مكمّاة: المقصود بها أنّ شحنة أي جسم أو جسيم في الطبيعة تكون من مضاعفات شحنة الإلكترون، فلا يوجد جسيم أو جسم مشحون بربع شحنة الإلكترون أو نصف شحنة الإلكترون إنما تكون من مضاعفات شحنة الإلكترون أي أن:
شحنة الجسم أو الجسيم = عدد صحيح × شحنة الإلكترون.
- الشحنة محفوظة: المقصود بحفظ الشحنة أنّ الشحنة لا تفنى ولا تستحدث إنما تنتقل من مكان إلى آخر وتتغيّر من شكل إلى آخر أي لا تأتي من العدم ولا تذهب إلى العدم.
قانون كولوم
ابتكر العالم شارل كولوم جهازاً يسمّى الميزان الليّ، وذلك لدراسة الشحنات بشكل تجريبي وإيجاد قانون علمي يربط بين الشحنات الكهربائية، بعد إثبات أنّ هناك قوى تجاذب وتنافر تحدث بين الشحنات وجد العالم كولوم أن هنالك قوى متبادلة بين الشحنات الكهربائية تسمى بالقوّة الكهربائية، حيث من خلال العديد من التجارب التي قام بها العالم كولوم وجد أنّ القوة المتبادلة بين شحنتين لها الخصائص التالي:
- تتناسب القوة المتبادلة طردياً مع مقدار الشحنات المتجاذبة أو المتنافرة.
- تتناسب القوة المتبادلة عكسياً مع مربع المسافة بين الشحنات.
- تكون هذه القوة المتبادلة بين الشحنتين إما قوة تجاذب أو قوة تنافر.
فمن خلال هذه الخصائص نستطيع تعريف قانون كولوم هو عبارة عن قانون لإيجاد القوة المتبادلة بين شحنتين بينهما مسافة معينة ويقاس بوحدة الكولوم.
القوة المتبادلة = ثابت × ( ش1 × ش2) / مربع المسافة.