ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ ΚΟΥΛΟΜΠ

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ  ΚΟΥΛΟΜΠ

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ ΚΟΥΛΟΜΠ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Ο Γάλλος φυσικός Charles-Augustin de Coulomb κατάφερε να μετρήσει τις δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ ηλεκτρικών φορτίων.Δημοσίευσε για πρώτη φορά το 1785 το νόμο του που ονομάστηκε  νόμος  του  Coulomb.

O Charles-Augustin de Coulomb (14 Ιουνίου 1736-23 Αυγούστου 1806) ήταν Γάλλος στρατιωτικός,μηχανικός και φυσικός.Είναι γνωστός για τον νόμο του Coulomb,αλλά έκανε επίσης σημαντική δουλειά για την μελέτη της δύναμης της τριβής

 Προς τιμήν του Charles-Augustin de Coulomb το 1908 η μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου στο S.I.,ονομάστηκε 1 Coulomb.Ο νόμος αυτός ήταν απαραίτητος για την ανάπτυξη της θεωρίας του ηλεκτρομαγνητισμού.

Η Πειραματική επαλήθευση του νόμου του Coulomb

 Ο νόμος του Coulomb μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εξαχθεί ο νόμος του Gauss και αντίστροφα.Ο νόμος έχει δοκιμαστεί εκτενώς και όλες οι παρατηρήσεις έχουν επιβεβαιώσει την αρχή του νόμου.
Τα συμπεράσματα διατύπωσε με τον παρακάτω νόμο. 

 «Κάθε σημειακό ηλεκτρικό φορτίο ασκεί δύναμη σε κάθε άλλο σημειακό ηλεκτρικό φορτίο.Το μέτρο της δύναμης είναι ανάλογο του γινομένου των φορτίων που αλληλεπιδρούν και αντίστροφα ανάλογο με το τετράγωνο της μεταξύ τους απόστασης.»

 Θεωρούμε δύο μικρές σφαίρες,φορτισμένες με φορτία q1 η μία και q2 η άλλη,σε απόσταση r όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.Οι σφαίρες θα έλκονται ή θα απωθούνται,ανάλογα με το είδος των φορτίων τους.

Κάθε σημειακό ηλεκτρικό φορτίο ασκεί δύναμη σε κάθε άλλο σημειακό ηλεκτρικό φορτίο.Το μέτρο της δύναμης είναι ανάλογο του γινομένου των φορτίων που αλληλεπιδρούν και αντίστροφα ανάλογο με το τετράγωνο της μεταξύ τους απόστασης

 Η δύναμη F που ενεργεί σε κάθε σφαίρα,όπως αποδεικνύεται πειραματικά,εξαρτάται από την ποσότητα των φορτίων q1 και q2,την απόσταση  r,και από το υλικό που υπάρχει ανάμεσα στα φορτία

Η ηλεκτρική δύναμη που ασκείται μεταξύ των  δυο φορτίων είναι ανάλογη προς το γινόμενο των  φορτίων  και αντιστρόφως  ανάλογη προς  το τετράγωνο της απόστασης τους

 Μεταξύ των ηλεκτρικών φορτίων ασκούνται ηλεκτρικές  δυνάμεις.Η ηλεκτρική δύναμη που ασκείται μεταξύ  των  δυο φορτίων  είναι ανάλογη προς  το γινόμενο των  φορτίων  και αντιστρόφως  ανάλογη προς  το τετράγωνο της απόστασης τους.

ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΤΟΥ COULOMB

 Το μέτρο της ηλεκτρικής δύναμης F με την οποία αλληλεπιδρούν δύο σημειακά φορτία (q1,q2) είναι ανάλογο του γινομένου των φορτίων και αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της μεταξύ τους απόστασης r.

                                                                           F=k·|q1·q2|/r²

όπου:
F το μέτρο της ηλεκτρικής δύναμης με την οποία αλληλεπιδρούν δύο σημειακά φορτία (q1,q2)
q1 η ποσότητα  ενός φορτίου, 
q2 η ποσότητα του άλλου φορτίου 

Το μέτρο της ηλεκτρικής δύναμης F με την οποία αλληλεπιδρούν δύο σημειακά φορτία (q1,q2) είναι ανάλογο του γινομένου των φορτίων και αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της μεταξύ τους απόστασης r

 Τα ηλεκτρικά φορτία q1 και q2 θεωρούνται σημειακά,δηλαδή οι ακτίνες των σφαιρών πάνω στις οποίες είναι συγκεντρωμένα είναι αμελητέες συγκρινόμενες με την απόσταση των κέντρων  των  σφαιρών
r  η μεταξύ  τους  απόσταση.

ΣΤΑΘΕΡΑ ΑΝΑΛΟΓΙΑ K

 To K είναι μια σταθερά αναλογίας και η τιμή της εξαρτάται από το υλικό μέσο μέσα στο οποίο βρίσκονται τα δύο φορτισμένα σώματα,καθώς και από το σύστημα μονάδων που χρησιμοποιούμε.

 Όταν τα δύο σώματα βρίσκονται στο κενό (ή στον αέρα) η τιμή της σταθεράς Κ στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων είναι ίση με:

                                                                           k=9·10⁹ N·m²/c²

 Όταν τα ηλεκτρικά φορτία που αλληλεπιδρούν βρίσκονται στο κενό και κατά προσέγγιση στον αέρα,η σταθερά k δίνεται από τη σχέση:

                                                                           k=1/4π·ε0

όπου: 
εo μία φυσική σταθερά που ονομάζεται απόλυτη διηλεκτρική σταθερά του κενού και έχει τιμή στο S.I.:

                                                                           ε0=8,85·10^-12 C²/N·m²

 Επομένως η σταθερά k έχει τιμή στο S.I. κατά προσέγγιση

                                                                           k=9·10⁹ N·m²/C²

 Η τιμή σταθερά αναλογίας K εξαρτάται από το υλικό μέσο μέσα στο οποίο βρίσκονται τα δύο φορτισμένα σώματα,καθώς και από το σύστημα μονάδων που χρησιμοποιούμε.

ΔΥΝΑΜΗ ΤΟΥ COULOMB

 H δύναμη είναι διανυσματικό μέγεθος και σχεδιάζεται με βελάκια.

Η δύναμη του Coulomb

 Έτσι τα χαρακτηριστικά της δύναμη είναι:

Διεύθυνση: Η διεύθυνση της ευθείας που ενώνει τα δύο σημειακά φορτία,που είναι και φορέας της.

Φορά: Καθορίζεται από το είδος των φορτίων.Αν τα φορτία είναι ομώνυμα η δύναμη είναι απωστική,ενώ αν τα φορτία είναι ετερώνυμα η δύναμη είναι ελκτική.
μέτρο:

                                                                           F=k·|q1·q2|/r²

Σημείο εφαρμογής: Τα σημειακά φορτία q1 και q2.

 Η μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου στο S.I. είναι το 1 Coulomb:

                                                                           1 C

ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΤΟΥ COULOMB

 Η δύναμη εφαρμόζεται κατά την ευθεία γραμμή που ενώνει τα δύο φορτία και είναι απωστική μεταξύ  των  ομωνύμων  φορτίων  και ελκτική μεταξύ των ετερωνύμων φορτίων.

Η δύναμη εφαρμόζεται κατά την ευθεία γραμμή που ενώνει τα δύο φορτία και είναι απωστική μεταξύ  των  ομωνύμων  φορτίων  και ελκτική μεταξύ  των ετερωνύμων φορτίων

 Ο νόμος του Coulomb ακολουθεί τον νόμο του αντιστρόφου τετραγώνου,όπως και ο νόμος της παγκόσμιας έλξης δηλαδή

                                                                           F=σταθ./r²

 Για να αποδείξει ο Σαρλ Ογκυστέν ντε Κουλόμπ το 1785 το νόμο του αντιστρόφου τετραγώνου χρησιμοποίησε τον ομώνυμο «ζυγό στρέψης του Coulomb»,επιβεβαίωσε το νόμο του αντιστρόφου τετραγώνου.

O νόμο του αντιστρόφου τετραγώνου στο νόμο του Coulomb 

 Σύμφωνα με το νόμο δράσης–αντίδρασης του Νεύτωνα,οι δύο δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ των φορτίων έχουν πάντα ίσα μέτρα και αντίθετη φορά,ανεξάρτητα από την τιμή που έχουν τα φορτία.

Ο ζυγός στρέψης του Coulomb

 Η δύναμη εφαρμόζεται κατά την ευθεία γραμμή που ενώνει τα δύο φορτία και είναι απωστική μεταξύ των ομωνύμων φορτίων και ελκτική μεταξύ των ετερωνύμων φορτίων.

Η δύναμη εφαρμόζεται κατά την ευθεία γραμμή που ενώνει τα δύο φορτία και είναι απωστική μεταξύ των ομωνύμων φορτίων και ελκτική μεταξύ των ετερωνύμων φορτίων

 Σύμφωνα με τον νόμο του Κουλόμπ η ηλεκτρική δύναμη που ασκείται ανάμεσα σε δύο σημειακά φορτία του 1 C που βρίσκονται σε απόσταση 1 m είναι ίση με 9 δισεκατομμύρια Ν.

Η ηλεκτρική δύναμη που ασκείται ανάμεσα σε δύο σημειακά φορτία του 1 C που βρίσκονται σε απόσταση 1 m είναι ίση με 9 δισεκατομμύρια Ν

 Αυτή η δύναμη είναι πολύ μεγάλη και  έτσι το C είναι πολύ μεγάλη μονάδα φορτίου.Όμως τέτοια συνολικά φορτία δεν εμφανίζονται στα φαινόμενα της καθημερινότητας.

Στον μικρόκοσμο,δηλαδή στον κόσμο των ατόμων και των μορίων κυριαρχούν οι ηλεκτρικές δυνάμεις

 Οι ηλεκτρικές δυνάμεις παίζουν σημαντικό ρόλο στο σχηματισμό των ατόμων,των μορίων από τα άτομα,των κρυστάλλων και επομένως στις χημικές αντιδράσεις.

 Τα ουράνια σώματα όμως έχουν ολικό φορτίο ίσο με το μηδέν.Έτσι οι ηλεκτρικές δυνάμεις είναι ασήμαντες στο μακρόκοσμο.Οι κινήσεις των ουράνιων σωμάτων προσδιορίζονται μόνο από τις βαρυτικές δυνάμεις.