ثابت كولوم قيمته، وحدة قياسه والعوامل التي يعتمد عليها

ما قيمة ثابت كولوم؟

من الذي أوجد ثابت كولوم؟ تبلغ قيمة ثابت كولوم 8.99×⁹10، وقد تم إيجاده من قبل العالم الفرنسي شارل-أوغستين كولوم الذي أجرى عدة قياسات وتجارب لدراسة القوة بين الأجسام المشحونة،^[١]ثُم استحدث قانونًا يدرس التفاعل بين شحنتين كهربائيتين تفصل بينهما مسافة معينة، بالإضافة إلى دراسة القوة الناجمة عن هذا التفاعل والعلاقة بين جميع هذه المتغيرات، ليعرف هذا القانون فيما بعد باسم قانون كولوم،^[٢] ومن الجدير بالذكر أن القوة الكهربائية يعبر عنها بوحدة النيوتن وهي عبارة عن كمية متجهة، أي لها مقدار واتجاه تبعًا لنوع شحنة الأجسام؛ فمعرفة نوع الشحنات تُساعد على تحديد اتجاه القوة التي تؤثر كل منها على الأخرى.^[٢]

وحدة قياس ثابت كولوم

إن وحدة قياس ثابت كولوم هي نيوتن.م²/كولوم²، ويُرمز لها بالرمز ك (k)، إذ ينص قانون كولوم على أن القوة الكهربائية تتناسب طرديًا مع مقدار الشحنات لكل جسم، وعكسيًا مع مربع المسافة بينهما، ويعبر عن القانون بالصيغة الرياضية التالية:^[١]

القوة الكهربائية= ثابت كولوم (الشحنة الأولى × الشحنة الثانية) / مربع المسافة

وبالرموز؛ ق= ك (ش₁ × ش₂)/ ف²، إذ إن:

• ق: القوة الكهربائية، وحدتها نيوتن.
• ك: ثابت كولوم.
• ش₁: مقدار الشحنة الأولى، وحدتها كولوم.
• ش₂: مقدار الشحنة الثانية، وحدتها كولوم.
• ف²: مربع المسافة بوحدة المتر المربع.

العوامل التي يعتمد عليها ثابت كولوم

يعتمد ثابت كولوم الذي يعبر عن القوة المبتادلة بين الجسيمات المشحونة على عاملين أساسيين، هما:^[٣]

• المسافة بين الجسيمات: يوضح قانون كولوم أن هناك علاقة بين المسافة والقوة الكهربائية أي أنهما مترابطتان عكسيًا، فكلما زادت المسافة قلت القوة والعكس صحيح، أما مربع المسافة فيعني أن التغير في المسافة سيكون له أثر أكبر على القوة الكهربائية من شحنات الجسيمات.
• مقدار الشحنة الكهربائية للجسيمات المشحونة: تعتمد القوة الكهربائية على الجسيمات المشحونة بشكل كبير، أي تعتمد على مقدار الشحنة لكل جسم بغض النظر عن الإلكترونات والبروتونات، فمعظم الجسيمات المشحونة تحمل كميات متغيرة من الشحنات، فالقوة الكهربائية مرتبطة بشكل مباشر بما تنتجه كل من الشحنتين، وتتضاعف القوة الكهربائية كلما ضاعفنا مقدار إحدى الشحنتين أو مقداريهما معًا.

طريقة اشتقاق ثابت كولوم

يشتق ثابت كولوم من قانون غاوس لتحديد المجالات الكهربائية للأجسام الكروية أو الأسطوانية أو غيرها، وفيما يلي خطوات اشتقاق ثابت كولوم بالتفصيل:^[٤]

• يفترض قانون غاوس أن هناك شحنة نقطية موجبة (+q) موجودة في الفضاء ضمن المجال الكهربائي (E)، نصف قطرها (r).
• تمتلك جميع الشحنات ضمن المجال الكهربائي (E) نفس الحجم والاتجاه ومساحة الجسم التي يُعبر عنها بالرمز (dS).
• يمر تدفق كهربائي (Φ) عبر مساحة الجسم، ويُعبر عنه بالعلاقة الرياضية: (Φ = ∫EdS).
• لكن بما أن المساحة (dS) هي لجسم كروي، فيُعبر عن التدفق الكهربائي بالعلاقة الرياضية: Φ = E(4πr²).
• وفقًا لقانون غاوس للكهرباء الساكنة؛ فإن التدفق = الشحنة/سماحية الفراغ الكهربية، ويُعبر عنه بالعلاقة الرياضية: Φ = q/ε₀.
• بجمع المعادلتين ينتج الآتي: E(4πr²) = q/ε_0.
• بقسمة المعادلتين على (4πr²) ينتج الآتي: E= q/4πr²ε_0.
• باعتبار وجود الشحنة النقطية (q0) على إحدى نقاط المجال (E)، يتم قياس مقدار القوة (F) في ذلك المجال بالعلاقة التالية: (F = Eq).
• باستبدال (E) بالمعادلة السابقة ينتج قانون كولوم بالعلاقة التالية: F=q0q /4πε₀r2، ومن الجدير بالذكر أنه يمكن استخدام قانون كولوم في العديد من التطبيقات الحسابية.
• بإعادة ترتيب المعادلة تصبح العلاقة الرياضية: F= (1/4πε₀) × q0q/r2.
• ومن هنا تأتي قيمة ثابت كولوم (k) من المعادلة التالية: (1/4πε₀)، وتبلغ 9.0×⁹10.^[٥]

تبلغ قيمة ثابت كولوم 8.99×⁹10، وقد تم إيجاده من  قبل العالم الفرنسي شارل-أوغستين دي كولوم، ويقاس ثابت كولوم بوحدة نيوتن.م²/كولوم²، ويعتمد ذابت كولوم على المسافة بين الجسيمات المشحونة، ومقدار الشحنة الكهربائية لتلك الجسيمات، وقد اشتق من قانون غاوس عبر العلاقة (1/4πε₀)، والتي تساوي 9.0×⁹10 .

المراجع

1. ^ ^{أ ب} "Coulomb’s law", openstax, Retrieved 20/6/2021. Edited.
2. ^ ^{أ ب} "Coulomb's Law", the Physics Classroom, Retrieved 20/6/2021. Edited.
3. ↑ Jim Heald, "Coulomb's Law: Variables Affecting the Force Between Two Charged Particles", Study.com, Retrieved 20/6/2021. Edited.
4. ↑ "Coulomb Law From Gauss Law derivation", WINNER SCIENCE, 25/2/2012, Retrieved 24/6/2021. Edited.
5. ↑ "Coulombs Law", BYJUS, Retrieved 24/6/2021. Edited.