كيف ترتبط القوة الكهربائية بالشحنة

الشحنة والقوة الكهربائية

تعرّف الشحنة الكهربائية (بالإنجليزية: Electrical charge) بأنّها أحد الخصائص الأساسية للجسيمات الأولية للمادة، وهي مصدر القوى الكهرومغناطيسية في الطبيعة، وهناك نوعان من الشحنات، موجبة وأخرى سالبة، وعادة ما تقترن الشحنة السالبة بالإلكترونات والموجبة بالبروتونات، إذ تعدّ شحنة الإلكترون والبروتون هي الوحدة البنائية لشحنة الجسيمات في الطبيعة، فشحنة الإلكترون تساوي -1.6×10^-19 كولوم وهي مساوية أيضاً لشحنة البروتون إلّا أنّ البروتون شحنته موجبة،^[١]، وتقاس الشحنة حسب النظام المتري SI بوحدة الكولوم،^[٢] والكولوم هي وحدة كبيرة جداً نسبة إلى شحنة الإلكترون أو البروتون، ( 1 كولوم = 6.24×10¹⁸ إلكترون ).^[٢]

ووُجد تجريبياً أنّه تنشأ قوة كهربائية ـوهي قوة محافظةـ بين الجسيمات المشحونة، فالجسيمات ذات الشحنات المتشابهة تتنافر والمختلفة تتجاذب واستُخدم في هذه التجربة ميزان اللي (بالإنجليزية: torsion balance)، واستنتج العالم كولوم العلاقة بين الشحنات الكهربائية والقوة المتبادلة بينهم وسمّيت العلاقة بقانون كولوم نسبة لاسم العالم الفرنسي، وسنوضح تفاصيل القانون في هذا المقال.^[٣]

قانون كولوم

ينص قانون كولوم (بالإنجليزية: Coulomb's Law) على أنّ القوة المتبادلة ـ تنافر أو تجاذب ـ بين شحنتين تفصل بينهما مسافة ما تتناسب طردياً مع مقدار كلا الشحنتين، وعكسياً مع مربع المسافة بينهما، ويطلق عليه أيضاً قانون التربيع العكسي.^[٣]

قانون كولوم رياضياً

يمكن التعبير عن قانون كولوم رياضياً كالتالي:

ق=أ(ش₁ش₂)/ف²، حيث تدل كل من هذه الرموز على ما يلي:^[٤]

• ق: هي القوة الكهربائية المتبادلة ووحدتها نيوتن.
• أ: هو ثابت التناسب ويساوي 8.9875×10⁹ ووحدته هي نيوتن.م²/كولوم². ويجب التنويه على أن قمية هذا الثابت تعتمد على سماحية الوسط (بالإنجليزية: permittivity of space) العازل بين الشحنتين، فإذا استخدمنا وسط عازل بين الشحنتين غير الهواء فستختلف هذه القيمة بالتأكيد.
• ش₁، ش₂: هي مقدار كل من الشحنتين، ووحدتهم كولوم.
• ف: هي المسافة بين كل من الشحنتين، ووحدتها المتر.

المراجع

1. ↑ "Electric charge", www.newworldencyclopedia.org, Retrieved 3-1-2019. Edited.
2. ^ ^{أ ب} "coulomb", whatis.techtarget.com, Retrieved 3-1-2018. Edited.
3. ^ ^{أ ب} serway jewett, physics for scientists and engineers , USA: Thomson Brooks/Cole, Page 707-712. Edited.
4. ↑ "Coulomb's Law", hyperphysics.phy-astr.gsu.edu, Retrieved 12-12-2018. Edited.