חוק קולון

חוק קולון קובע כי מטענים דומים, בין אם חיוביים או שליליים, דוחים זה את זה. מטענים הפוכים, כלומר שלילי וחיובי, מושכים זה את זה. בכל המקרים גודל הכוחות הפועלים על שני המטענים זהה.

חוק קוּלוֹן (בצרפתית: Loi de Coulomb) הוא חוק פיזיקלי בסיסי בתחום האלקטרוסטטיקה, אשר נקרא על-שם הפיזיקאי הצרפתי שארל-אוגוסטן דה קולון שגילה אותו בשנות ה-80 של המאה ה-18. החוק קובע כי גודלו של הכוח החשמלי (דחייה או משיכה) בין שני גופים נקודתיים טעונים חשמלית עומד ביחס ישר למכפלת המטענים של הגופים, וביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם. הניסוח הפורמלי הוא:

$|F|=k{\frac {\left|q_{1}q_{2}\right|}{r^{2}}}$

כאשר:

• $\ F$ הוא גודל הכוח (משיכה או דחייה חשמלית) הפועל בין המטענים, לאורך הקו הישר המחבר ביניהם.
• $\ q_{1}$ הוא גודל המטען החשמלי הראשון.
• $\ q_{2}$ הוא גודל המטען החשמלי השני.
• $\ r$ הוא המרחק בין שני המטענים.
• $\ k$ הוא מספר קבוע, המכונה קבוע קולון, והמקיים: $k={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}$, כאשר $\ \varepsilon _{0}$ הוא קבוע דיאלקטריות הריק; או, באופן שקול, $k={\frac {\mu _{0}c^{2}}{4\pi }}$, כאשר $\ \mu _{0}$ הוא קבוע פרמאביליות הריק, ו-$\ c$ מהירות האור בריק. קבוע קולון מסומן לעיתים גם כ-$k_{c}$ (האות c מציינת Coulomb), כ-$k_{e}$ (האות e מציינת electric), או כ-$K$.

אם אחד המטענים חיובי והאחר שלילי, הכוח יגרום למשיכה בין המטענים. כאשר סימני המטענים זהים, הכוח יגרום לדחייה.

יחידות מידה

ערכו של קבוע קולון תלוי במערכת היחידות בה עובדים.

במערכת SI:

• קבוע קולון: $\ k\approx 8.987551787\cdot 10^{9}{\frac {N\cdot m^{2}}{C^{2}}}$.
• דיאלקטריות הריק: $\ \varepsilon _{0}\approx 8.85\cdot 10^{-12}{\frac {C^{2}}{N\cdot m^{2}}}$.

במערכת cgs:

• יחידת המטען, סטט-קולון (הנקראת גם "esu" או "פרנקלין"), מוגדרת כך שגודלו של קבוע קולון יהיה שווה בדיוק ל-1. לכן, $\ \varepsilon _{0}={\frac {1}{4\pi }}$.

תקפות החוק

חוק קולון מתאר מצב אלקטרוסטטי, כלומר מצב בו שני הגופים במנוחה, ונשאר נכון למדי כשמהירותם איטית. כאשר הגופים נעים זה ביחס לזה, כוחות מגנטיים נוצרים ומשנים את הכוח הפועל. כאשר התנועה מהירה ביותר, השדה החשמלי עצמו ישתנה, כפי שמתואר בתורת היחסות של איינשטיין.

ברוב המקרים, כוח המשיכה הגרביטציוני קטן בהרבה מהכוח החשמלי וניתן להזניחו. עם זאת, בגלל שלחלקיקים אלו יש מסה, ההשפעה שלו אינה אפסית ויש להתחשב בה לעיתים.

ראו גם

• חשמל
• חוק ביו-סבר
• שדה חשמלי

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא חוק קולון בוויקישיתוף

• science/Coulomb-force חוק קולון, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)

• Electromagnetism - Electrostatic Force - סרטון הסבר על אלקטרוסטטיקה וחוק קולון