قانون كولوم ,انظمة الوحدات,نموذج ذرة رذرفورد

قانون كولوم Coulomb s law
يعد العالم الفرنسي تشارلس أوغسطين دي كولوم (1736-1806) واحداً من الرواد الأوائل في القرن الثامن عشر في الكهربائية، فهو أول من قام بقياسات عملية للقوى العاملة بين الأجسام المشحونة. ومن حصيلة هذه القياسات استطاع صياغة قانونه الشهير عام 1785 الذي عرف بقانون كولوم وهو يرتكز على ثلاث نصوص :
1- تنافر الشحنات ذات الإشارة الواحدة وتجاذب الشحنات ذات الإشارة المختلفة.
2- تؤثر شحنتان نقطيتان أحداهما على الأخرى بقوة تعمل على امتداد الخط المستقيم الذي يصل بين مركزيهما، ومقدار هذه القوة سواء كانت قوة تجاذب أو تنافر بين الشحنتين تتناسب طردياً مع حاصل ضرب الشحنتين.
3- يتناسب مقدار قوة التجاذب أو التنافر بين شحنتين عكسياً مع مربع المسافة بينهما، ان هذا الاستنتاج يعد إشارة واضحة إلى ان كولوم اثبت ان قوة التجاذب أو التنافر بين جسمين مشحونين تتبع قانون التربيع العكسي.
على ضوء ما تقدم يمكن صياغة نص قانون كولوم بالشكل الأتي : القوة الكهروستاتيكية بين شحنتين نقطيتين في حالة سكون تتناسب طردياً مع حاصل ضرب مقدار الشحنتين وعكسياً مع مربع المسافة بينهما.
ويمكن كتابة قانون كولوم بصيغة رياضية تشير إلى اتجاه القوة إضافة إلى مقدارها بالشكل الآتي :
……….(3-1)
وطبقاً لقانون نيوتن للفعل ورد الفعل فان القوة المؤثرة على أحدى الشحنتين لا بد ان تكون مطابقة في المقدار ومعاكسة في الاتجاه للقوة التي تؤثر على الشحنة الأخرى وكلاهما تعمل على الحد الفاصل بين الشحنتين. وعليه فان القوة F في المعادلة (1-3) تشير للقوة الكهروستاتيكية المؤثرة على الشحنة q2 من قبل الشحنة q1 وهي نفس القوة المؤثرة على الشحنة q1 من قبل الشحنة q2 ولكن بعكس الاتجاه. تمثل r المسافة بين الشحنتين و يمثل ثابت فيزيائي كوني يعرف بثابت قوة كولوم، إذ تعتمد قيمته على نظام الوحدات المستعملة وكذلك على نوع الوسط الفاصل. أما الرمز فهو وحدة المتجه Unit Vector ومقداره واحد واتجاهه من q1 إلى q2.
يطبّق قانون كولوم على الشحنات النقطية Point Charges وهي الشحنات التي تشغل حيزاً أبعاده صغيرة جداً مقارنة بالمسافات الفاصلة بينها. ويطبق أيضا في العوازل والموصلات إذا كانت F القوة المؤثرة بين q1 وq2 بغض النظر عن القوى الناجمة عن الشحنات الأخرى ضمن الوسط.