Dalam artikel tentang cas elektrik dan jenis-jenis cas elektrik Dijelaskan bahawa cas elektrik yang sama menolak antara satu sama lain manakala cas elektrik yang tidak sama menarik antara satu sama lain. Dalam erti kata lain, objek yang bercas positif menarik objek yang bercas negatif, objek yang bercas positif menolak objek yang bercas positif, dan objek yang bercas negatif menolak objek yang bercas negatif. Fenomena ini menunjukkan kewujudan daya elektrik yang bertindak pada objek yang bercas positif dan objek yang bercas negatif. Faktor apakah yang mempengaruhi magnitud daya elektrik antara objek yang bercas elektrik?
Ahli fizik Perancis, Charles Coulomb (1736–1806) telah menjalankan beberapa eksperimen pada tahun 1780-an untuk mengkaji faktor-faktor yang mempengaruhi magnitud daya elektrik antara objek yang bercas elektrik. Radas yang digunakan oleh Coulomb adalah serupa dengan yang digunakan oleh Cavendish untuk mengkaji pemalar graviti, yang dipanggil imbangan kilasan. Coulomb mengkaji daya elektrik, oleh itu beliau menggunakan dua bola logam yang bercas elektrik, manakala Cavendish mengkaji daya graviti, oleh itu beliau menggunakan dua bola jisim yang tidak bercas elektrik.
Cara penimbang tork berfungsi
Cara skala tork berfungsi berkaitan dengan perkara yang dikaji tork atau momen daya dalam bab dinamik putaran.
Ruang dalam neraca kilasan adalah vakum untuk mengelakkan cas elektrik pada bola pepejal daripada berpindah ke udara. Penentuan jumlah cas elektrik pada bola pepejal dilakukan menggunakan kaedah berikut. Pada mulanya, bola pepejal A dicas secara elektrik melalui pengaliran atau geseran. Bola pepejal A yang telah dicas secara elektrik disambungkan kepada bola pepejal B yang masih neutral menggunakan konduktor elektrik sehingga cas elektrik bola pepejal A dibahagikan sama rata dengan bola pepejal B. Jika jumlah cas elektrik bola pepejal A ialah ½ maka jumlah cas elektrik bola pepejal B ialah ½. Seterusnya, bola pepejal B dan bola pepejal C disambungkan dengan konduktor elektrik sehingga cas elektrik bola pepejal B dibahagikan sama rata dengan bola pepejal C. Jika jumlah cas elektrik bola pepejal B ialah ¼ maka jumlah cas elektrik bola pepejal C ialah ¼. Jumlah cas elektrik dan jenis cas elektrik bola pepejal 1 dan bola pepejal 2 diperoleh dengan cara ini.
Sfera pepejal 1 dan sfera pepejal 2 bercas elektrik supaya kedua-dua sfera pepejal itu menolak antara satu sama lain jika kedua-dua sfera mempunyai cas elektrik yang sama atau menarik antara satu sama lain jika kedua-dua sfera mempunyai cas elektrik yang berbeza. Kewujudan daya tarikan atau tolakan antara dua sfera pepejal yang bercas elektrik menyebabkan sfera pepejal 2 berputar. Sudut perjalanan sfera pepejal 2 diukur untuk menentukan daya elektrik yang bertindak pada dua sfera pepejal itu.
Faktor-faktor yang mempengaruhi daya elektrik
Berdasarkan eksperimen yang dijalankan menggunakan neraca kilasan, Coulomb telah menemui beberapa perkara.
– Dalam eksperimen ini, jarak antara dua bola pepejal sentiasa sama. Apabila jumlah cas elektrik pada bola pepejal 1 ialah 1 dan jumlah cas elektrik pada bola pepejal 2 ialah 1, maka daya elektrik yang bertindak pada kedua-dua bola pepejal ialah 1. Apabila jumlah cas elektrik pada bola pepejal 1 ialah 2 dan jumlah cas elektrik pada bola pepejal 2 ialah 2, maka daya elektrik yang bertindak pada kedua-dua bola pepejal ialah 4. Coulomb menyimpulkan bahawa magnitud daya elektrik yang bertindak pada kedua-dua bola pepejal adalah berkadar terus dengan hasil darab jumlah cas pada kedua-dua bola pepejal (F ≈ q1 q2).
– Dalam eksperimen ini, jumlah cas pada kedua-dua bola pepejal sentiasa sama. Jika jarak antara dua bola pepejal ialah 1, maka daya elektrik yang bertindak pada kedua-dua bola pepejal ialah 1. Jika jarak antara dua bola pepejal ialah 2, maka daya elektrik yang bertindak pada kedua-dua bola pepejal ialah ¼. Coulomb menyimpulkan bahawa magnitud daya elektrik yang bertindak pada kedua-dua bola pepejal adalah berkadar songsang dengan kuasa dua jarak (F ≈ 1 / r2)
Hukum Coulomb
Hukum Coulomb ialah hukum fizik yang menjelaskan hubungan antara daya elektrik, cas elektrik, dan jarak antara cas. Hukum ini dirumuskan berdasarkan eksperimen Coulomb, seperti yang dijelaskan dalam artikel sebelumnya.
Hukum Coulomb menyatakan bahawa magnitud daya yang dikenakan oleh zarah bercas elektrik ke atas zarah bercas elektrik yang lain adalah berkadar terus dengan hasil darab jumlah cas kedua-dua zarah tersebut dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak antara dua zarah bercas elektrik tersebut. Daya ini bertindak sepanjang garis lurus yang menghubungkan kedua-dua zarah tersebut. Daya elektrik adalah tolakan jika cas elektrik kedua-dua zarah adalah sama dan daya elektrik adalah menarik jika cas elektrik kedua-dua zarah tersebut tidak sama.
Hukum Coulomb boleh dinyatakan dalam persamaan matematik:
Huraian formula:
F12 = daya elektrik antara zarah 1 dan zarah 2
q1 = bilangan cas zarah 1
q2 = bilangan cas elektrik zarah 2
r12 = jarak antara zarah 1 dan zarah 2
(baca: epsilon sifar) = 8,854 x 10-12 C2/Nm2
k = (pemalar Coulomb) = 9 x 109 Nm2/C2
F21 ialah daya yang dikenakan oleh cas q2 pada cas q1, manakala F12 ialah daya yang dikenakan oleh cas q1 pada cas q2. F21 dan F12 menolak satu sama lain apabila casnya ialah q1 dan q2 serupa dan menarik antara satu sama lain apabila casnya ialah q1 dan q2 bukan jenis yang sama.
F21 dan F12 mempunyai nilai yang sama, arah yang bertentangan dan bertindak ke atas objek yang berbeza, oleh itu kedua-dua daya ini merupakan pasangan daya tindakan-tindak balas.
