Coulomb Yasası

Thomson ve Rutherford'un pozitif ve negatif elektrik yükleri taşıyan temel parçacıkları keşfetmesinden yüz yıldan fazla önce, Fransız bilim insanı "Charles Augustin de Coulomb" yüklü nesneler arasındaki kuvveti matematiksel olarak tanımladı. Bunu yapmak yüklü küreler arasındaki kuvvetlerin dikkatli ölçümlerini gerektiriyordu ve bunun için burulma terazisi adı verilen ustaca bir cihaz inşa etti .

^{Coulomb'un yüklü küreler arasındaki elektrik kuvvetini ölçmek için kullandığı burulma terazisinin çizimi.}

Resim de gösterilen bu cihaz , cam duvarlı bir muhafazanın içinde bir iple asılı duran bir yalıtkan çubuk içerir. Çubuğun bir ucunda metal küre "A" bulunur. Bu küre üzerinde hiçbir yük olmadığında, küre "B" 'ye dokunur. Coulomb, yüklü olan üçüncü bir metal topla (diyagramın alt kısmında gösterilmiştir) kürelere dokunur. Bilinmeyen miktardaki yük, küre A ve B arasında eşit olarak dağılırdı ve aynı yükler birbirini ittiği için küreler birbirini iterdi. Bu kuvvet, küre A'nın küre B'den uzaklaşmasına neden olur ve böylece telin burulma kuvveti elektrik kuvvetini dengeleyene kadar bükülmesine neden olurdu. Coulomb daha sonra üstteki düğmeyi çevirerek ipliği döndürmesini ve böylece küre A'yı küre B'ye yaklaştırmasını sağladı. Küre A'yı küre B'ye iki kat yakınlaştırmanın burulma kuvvetini dört kat artırmayı gerektirdiğini buldu. Küreyi üç kat yakınlaştırmak burulma kuvvetini dokuz kat artırmayı gerektiriyordu. Bu tür ölçümlerden, küreler arasındaki elektrik kuvvetinin küreler arasındaki mesafenin karesiyle ters orantılı olduğu sonucuna vardı.

Bu denklem Coulomb yasası olarak bilinir ve yüklü nesneler arasındaki elektrostatik kuvveti tanımlar. Orantılılık sabiti "k" Coulomb sabiti olarak adlandırılır . "SI" birimlerinde, sabit "k" şu değere sahiptir: k = 8,99 × 10⁹N ⋅ M²/C².

Kuvvetin yönü iki nesnenin merkezlerini birleştiren çizgi boyuncadır. İki yük zıt işaretliyse, Coulomb yasası negatif bir sonuç verir. Bu, parçacıklar arasındaki kuvvetin çekici olduğu anlamına gelir. İki yük aynı işarete sahipse, Coulomb yasası pozitif bir sonuç verir ve bu parçacıklar arasındaki kuvvetin itici olduğu anlamına gelir. Örneğin, her ikisi de q1 ve q2 negatifse veya ikisi de pozitifse, aralarındaki kuvvet iticidir.

Coulomb yasasının yalnızca birbirlerine göre hareket etmeyen yüklü nesneler için geçerli olduğunu unutmayalım. Yasa, kuvvetin her nesne üzerindeki yük miktarıyla orantılı ve nesneler arasındaki mesafenin karesiyle ters orantılı olduğunu söyler. Yükü iki katına çıkarırsak o zaman kuvvet iki katına çıkar. Nesneler arasındaki mesafeyi iki katına çıkarırsak, aralarındaki kuvvet şu faktörle azalır 2² = 4 . Coulomb yasası genel olarak doğru olmakla birlikte, küresel nesnelere veya nesneler arasındaki mesafeden çok daha küçük olan nesneler yaklaşık küre olarak düşünülebilir.

Coulomb yasası, kuvvetin paydanın karesine bağlı olduğu anlamına gelen ters kare yasasının bir örneğidir . Başka bir ters kare yasası, Newton'un evrensel çekim yasasıdır. F=Gm₁m₂/r_{2 .} Bu yasalar benzer olsa da iki önemli açıdan farklılık gösterirler: (i) Yerçekimi sabiti G , k'dan çok daha küçüktür.

Son olarak, Coulomb'un küreler arasındaki mesafeyi her kürenin merkezinden ölçtüğünü unutmayalım. Bu varsayımı orijinal makalelerinde açıklamadı, ancak geçerli olduğu ortaya çıktı. Yükün düzgün küresel dağılımının dışından , tüm yük kürenin merkezinde yer alıyormuş gibi düşünülebilir.