قانون كولوم والمجال الكهربائي
يصف قانون كولوم القوة بين الشحنات النقطية الساكنة ويعرّف المجال الكهربائي بأنه القوة لكل وحدة شحنة اختبار.
Definition
ينص قانون كولوم على أن القوة بين شحنتين نقطيتين تعمل على طول الخط الواصل بينهما، وتتناسب في مقدارها طرديًا مع حاصل ضرب الشحنتين وعكسيًا مع مربع المسافة بينهما؛ والمجال الكهربائي هو القوة الناتجة لكل وحدة شحنة اختبار موجبة عند كل نقطة في الفضاء.
Scope
يغطي هذا الموضوع قانون القوة العكسي التربيعي بين الشحنات النقطية، ومبدأ التراكب، وتعريف المجال الكهربائي كمجال متجه يحيط بتوزيعات الشحنة، وحساب المجالات من توزيعات الشحنة المنفصلة والمستمرة. ويشمل الاختبارات التجريبية للأس العكسي التربيعي ومجال الأشكال الهندسية البسيطة مثل الخطوط والصفائح والكرويات المشحونة.
Core questions
- كيف تعتمد القوة الكهروستاتيكية على مقدار الشحنة والمسافة الفاصلة؟
- كيف يتم حساب مجال توزيع الشحنة المستمر عن طريق التراكب؟
- ما مدى دقة التحقق التجريبي من الأس العكسي التربيعي؟
Key concepts
- شحنة نقطية
- قانون التربيع العكسي
- تراكب
- متجه المجال الكهربائي
- شحنة اختبار
- توزيع شحنة مستمر
Key theories
- قانون القوة العكسي التربيعي
- تتناقص القوة بين الشحنات النقطية مع مربع المسافة العكسي؛ وتُقيّد التجارب عالية الدقة الأس بحيث ينحرف عن 2 بأقل من جزء في المليار، وهو ما يعادل تحديد كتلة الفوتون.
- مبدأ التراكب
- المجال الكلي من عدة شحنات هو المجموع المتجهي لمجالات كل شحنة على حدة، وهو ما يكمن وراء التعبيرات التكاملية لمجال التوزيعات المستمرة.
Clinical relevance
يُعد مفهوم المجال وتفاعلات كولوم الأساس لفهم مسرعات الجسيمات، ومطيافية الكتلة، والتأين بالرش الكهربائي، والقوى الكهروستاتيكية بين الجزيئات المشحونة.
History
نشر كولوم نتائج ميزان الالتواء الخاص به عام 1785، على الرغم من أن كافنديش كان قد استنتج في وقت سابق قانون التربيع العكسي من غياب الشحنة داخل موصل مشحون. أعادت صورة خطوط المجال التي قدمها فاراداي في ثلاثينيات القرن التاسع عشر صياغة مفهوم الفعل عن بعد كمجال محلي، وهو رأي عززه ماكسويل.
Key figures
- Charles-Augustin de Coulomb
- Henry Cavendish
- Michael Faraday
Related topics
Seminal works
- jackson1998
- williams1971
Frequently asked questions
- ما الفرق بين القوة الكهربائية والمجال الكهربائي؟
- المجال الكهربائي هو خاصية للمكان تنشأ عن الشحنات المصدرية، ويُعرّف بأنه القوة لكل وحدة شحنة؛ أما القوة الكهربائية فهي ما تختبره شحنة معينة بالفعل عند وضعها في ذلك المجال، وتساوي شحنتها مضروبة في المجال.
- ما مدى دقة معرفة قانون التربيع العكسي؟
- تُقيّد التجارب الحديثة أي انحراف للأس عن القيمة 2 بالضبط إلى أقل من حوالي جزء واحد في 10^9، وهذا يضع أيضًا حدًا علويًا صارمًا على الكتلة السكونية للفوتون.