قانون کولن: نیروی بین بارهای الکتریکی

قانون کولن، یک قانون فیزیکی بنیادی است که نیروی بین دو بار الکتریکی ساکن را توصیف می‌کند. این نیرو، هم به مقدار بارهای الکتریکی بستگی دارد و هم به فاصله‌ بین آن‌ها. به بیان دقیق‌تر، نیروی بین دو بار با حاصل‌ضرب مقادیر بارها نسبت مستقیم دارد و با مربع فاصله‌ بین آن‌ها نسبت معکوس. به همین دلیل، به این قانون، قانون "مجذور معکوس کولن" نیز گفته می‌شود.

فرمول قانون کولن: محاسبه نیروی الکتریکی

قانون کولن با یک فرمول ساده، نیرویی را که ذرات باردار ساکن به یکدیگر وارد می‌کنند، محاسبه می‌کند. این نیرو می‌تواند جاذبه یا دافعه باشد. اگر بارها مخالف باشند (یکی مثبت و دیگری منفی)، نیرو جاذبه است و اگر بارها هم‌نام باشند (هر دو مثبت یا هر دو منفی)، نیرو دافعه است.

شکل اسکالر قانون کولن به صورت زیر است:

F = kQ1Q2 / r2

که در آن:

• F: نیروی بین دو بار (بر حسب نیوتن)
• k: ثابت کولن (تقریباً 9.0 × 109 N m2 C-2)
• Q1 و Q2: مقدار بارهای الکتریکی (بر حسب کولن)
• r: فاصله بین دو بار (بر حسب متر)

شکل دیگری از فرمول قانون کولن به صورت زیر است:

F ∝ Q1Q2 / r2

که در آن علامت ∝ نشان‌دهنده تناسب است.

شرایط استفاده از قانون کولن

برای استفاده از قانون کولن، باید سه شرط زیر برقرار باشد:

1. بارها نسبت به یکدیگر ساکن باشند (هیچ‌گونه حرکتی نداشته باشند).
2. بارها با یکدیگر همپوشانی نداشته باشند (در یک نقطه متمرکز نباشند).
3. بارها باید به صورت بارهای نقطه‌ای باشند یا شکل آن‌ها متقارن کروی باشد.

تاریخچه قانون کولن

از دوران باستان، انسان‌ها از پدیده جذب و دفع بین برخی اجسام آگاه بودند. در آن زمان، ماهیت الکتریسیته و مغناطیس به درستی درک نشده بود و تصور می‌شد که اصل حاکم بر جذب/دفع مغناطیسی با جذب بین یک میله کهربا و خز یکسان است. در قرن هجدهم، دانشمندان حدس زدند که نیروی جاذبه یا دافعه با افزایش فاصله بین دو جسم کاهش می‌یابد. قانون کولن توسط فیزیکدان فرانسوی، شارل-آگوستن دو کولن، در سال 1785 منتشر شد. این قانون می‌تواند برای استخراج قانون گاوس مورد استفاده قرار گیرد و به عنوان مشابه قانون مجذور معکوس گرانش نیوتن در نظر گرفته می‌شود.