أجرى العالم الفرنسي تشارلز كولومب العديد من التجارب المختلفة لإنشاء علاقة رياضية مستقرة يمكن استخدامها لحساب الشحنات والقوى المتبادلة بين الأجسام المشحونة. وتوصل هذا العالم في النهاية إلى علاقة فعالة، أطلق عليها فيما بعد اسم “علاقة كولومب”. تساعد هذه العلاقة العلماء الآن على تحديد القوى المتبادلة بين الأجسام المشحونة بسهولة وسرعة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الثابت الذي أنشأه هذا العالم يُنسب إليه تحت اسم ثابت كولومب. وفي بقية هذه المقالة سنتحدث عن وحدة قياس ثابت كولوم ونخبرك أيضًا ببعض المعلومات المهمة الأخرى عنها. تابع القراءة معنا لتعرف المزيد من التفاصيل حول هذا الموضوع.
المحتويات
وحدة قياس ثابت كولوم ما هو ثابت كولوم؟
تقاس القوة التي تنتقل بين الأجسام أو الجسيمات المشحونة بواحد نيوتن، وهذه القوة هي مكون اتجاهي. وهذا يعني أنه ليس له قيمة معينة فحسب، بل له أيضًا اتجاه معين خاص به. لمعرفة وحدة قياس ثابت كولوم، عليك أولاً معرفة مفهوم قانون كولوم وثابت كولوم. يعبر قانون كولوم عن العلاقة بين شحنة الأجسام المشحونة والمسافة بينها. تتناسب القوى المتبادلة بين الأجسام طرديًا مع الشحنة، أي أنه كلما زادت الشحنة، زادت القوى المنتقلة بين الأجسام. كما أنها تتناسب عكسياً مع المسافة بين الجزيئات، أي أنه كلما زادت المسافة بين الجزيئات، قلت القوى المنقولة وهكذا.
ويتم التعبير عن هذا القانون بالشكل الرياضي التالي:
القوة الكهربائية المنقولة = ثابت كولوم * (شحنة الجسم الأول Q1 * شحنة الجسم الثاني Q2) / مربع المسافة بين الجسمين D^2
وحدة قياس ثابت كولوم ما قيمة هذا الثابت؟
عادة ما تكون قيمة ثابت كولوم رقمًا ثابتًا، وهو: 8.99 * 10^9. وحدته هي نيوتن * متر مربع / كولوم مربع. بشكل عام، تم تحديد قيمة هذا الثابت من خلال العلاقة التالية (قانون غاوس): 1/4πε0. يساعد هذا الثابت في تحديد قيمة القوة المنقولة بشكل عام بين الأجسام المشحونة. للقيام بذلك، يتم استخدام شحنة الجسم الأول وشحنة الجسم الثاني، وكذلك مربع المسافة بينهما.
وحدة قياس ثابت كولوم في قانون كولوم
وحدة قياس ثابت الكولوم هي نيوتن * المتر المربع / الكولوم المربع كما قلنا لك من قبل.
وحدة قياس ثابت كولوم العوامل المؤثرة على الثابت
في الواقع، ثابت كولوم لا يتغير على الإطلاق تحت تأثير العوامل الخارجية. وذلك لأنه ثابت فيزيائي يساعد في حساب القوة المنقولة بين الأجسام المشحونة. أي أن لها قيمة محددة لا يمكن تغييرها. لكن إذا أردت أن تعرف ما هي العوامل التي تؤثر على علاقة كولوم بشكل عام فهي ما يلي:
- شحنة الجسم الأول: كما سبق أن ذكرنا لك، فإن شحنة الجسم الأول تدخل في بسط علاقة كولوم الرياضية العامة. ولذلك، كلما زادت هذه الرسوم، زادت قيمة العلاقة. ولذلك فإن العلاقة بين شحنة الجسم الأول والقوة المنقولة بين الأجسام المشحونة هي علاقة طردية.
- شحنة الجسم الثاني: أما شحنة الجسم الثاني فعلاقتها بقانون شحنة الجسم الأول متشابهة تماماً. أي أنها ترتبط ارتباطًا مباشرًا بالقوة المنقولة بين الأجسام المشحونة بنسبة كولوم العامة
- المسافة بين الجسمين: إذا قرأت العلاقة الرياضية لثابت كولوم، فستلاحظ أن المسافة موجودة في مقام العلاقة. أي أنها تتناسب عكسيا مع القوة المنتقلة بين الأجسام المشحونة. فكلما زادت المسافة بين الأجسام، قلت القوة المنتقلة بينها، وهكذا.
وحدة قياس ثابت كولوم كيفية الحصول على ثابت كولوم
سبق أن ذكرنا لك أنه تم إيجاد ثابت كولوم من خلال العلاقة الغوسية وذلك بتطبيق الخطوات التالية:
- بشكل عام، يفترض قانون غاوس أن هناك شحنة كهربائية موجبة في الفضاء تسمى Q+، ونصف قطرها R. كما يقع ضمن المجال الكهربائي E
- لاحظ أن جميع الشحنات داخل مجال كهربائي واحد لها نفس المقدار والاتجاه، وكذلك نفس المساحة، معبرًا عنها بوحدة dS.
- يفترض القانون أيضًا أن التدفق الكهربائي يتدفق عبر مساحة الجسم Φ، والتي يتم التعبير عنها بتكامل المجال الكهربائي E مضروبًا في مساحة الجسم داخل هذا المجال dS.
- وبما أن شكل الجسم (المفترض) كروي، فإن مساحته هي 4πr2. وينتج عن هذا العلاقة التالية: Φ = E(4πR2)
- نحن نعلم أن Φ = Q/ε0، من قانون غاوس للكهرباء الساكنة
- من هذا يمكننا أن نستنتج أن E(4πR2) = q/ε0
- وبقسمة طرفي هذه العلاقة على مساحة الجسم (4πR2) نحصل على: E= Q/4πR2ε0
- بافتراض وجود شحنة نقطية أخرى Q0 داخل نفس المجال الكهربائي E، يمكن قياس القوة F داخل المجال بالعلاقة التالية: F=Q*E
- إذا استبدلنا قيمة E بالقيمة التي حصلنا عليها سابقاً، تكون العلاقة: F=Q0Q /4πε0R2
- وبإعادة ترتيب هذه العلاقة يمكننا الحصول على العلاقة التالية: F= (1/4πε0) × Q0Q/R2
- بناءً على العلاقة الأخيرة، يمكننا أن نستنتج أن قيمة ثابت كولوم هي 1/4πε0، أي ما يقارب 9 * 10^9
- لاحظ أن وحدة قياس ثابت الكولوم الناتج هي نيوتن * متر مربع / كولوم مربع
أمثلة على ثابت كولوم
يتم تمثيل ثابت كولوم بالرمز K أو Ke أو حتى K0 في بعض الحالات ويستخدم هذا الثابت في علاقة كولوم لحساب القوى المنقولة بين الأجسام المشحونة. ومن أشهر الأمثلة على هذا القانون:
- إضافة وخلط المواد إلى الماء: بشكل عام، يتم قياس ذوبان مادة ما في الماء عن طريق حساب قطبية تلك المادة. لذلك، يُستخدم هنا قانون كولوم للقوى المنتقلة بين الأجسام، ويدخل فيه ثابت كولوم بالطبع. على سبيل المثال، إضافة الزيت إلى الماء أو إضافة الملح إلى الماء
- لصق بالون على الحائط: من أشهر الأمثلة على قانون كولوم وثابت كولوم والكهرباء الساكنة بشكل عام هو لصق بالون على الحائط. يمكنك تجربة هذه العملية بسهولة عن طريق فرك البالون بقطعة من القماش ومن ثم تقريبه من الحائط. ما يحدث هنا هو أن فرك البالون بقطعة قماش ساعد على تكوين شحنات سالبة على سطحه الخارجي، وبما أن الشحنات الموجودة على الحائط غالبا ما تكون موجبة، تظهر قوى التجاذب بين الجسمين.
- شحن قضيب زجاجي أو بلاستيكي: يمكن إجراء هذه التجربة ببساطة عن طريق حك قضيب زجاجي أو بلاستيكي (يمكن استخدام المشط هنا) بقطعة قماش، ويفضل الصوف. ثم قم بتقريب هذا العصا من قطع الورق الصغيرة وستجد أن هذه القطع تنجذب إليها. التفسير العلمي لهذه الظاهرة بسيط للغاية ويكمن في قوى التجاذب بين الجسمين والتي ترجع إلى أن كل جسم له شحنة مختلفة عن الجسم الآخر
وإلى هنا نكون قد وصلنا إلى نهاية مقال اليوم الذي تحدثنا فيه عن وحدة قياس ثابت كولومب، وكذلك تعريف هذا الثابت وطريقة تحديده. وقد ذكرنا لك أيضًا بعض الأمثلة والتطبيقات العملية التي يمكن تنفيذها بسهولة في المنزل، بما في ذلك ثابت كولوم وقانون كولوم. ولا تنسوا زيارة موقعنا بانتظام لقراءة المزيد من المقالات المفيدة حول الثوابت العلمية والفيزيائية والكيميائية.
إقرأ أيضاً من موقعنا: