บทความเกี่ยวกับกฎของคูลอมบ์
ในบทความเกี่ยวกับประจุไฟฟ้าและประเภทของประจุไฟฟ้าได้อธิบายว่า ประจุชนิดเดียวกันจะผลักกัน ในขณะที่ประจุต่างชนิดกันจะดึงดูดกัน กล่าวคือ วัตถุที่มีประจุบวกจะดึงดูดวัตถุที่มีประจุลบ วัตถุที่มีประจุบวกจะผลักวัตถุที่มีประจุบวก และวัตถุที่มีประจุลบจะผลักวัตถุที่มีประจุลบ เหตุการณ์นี้แสดงให้เห็นถึงการมีอยู่ของแรงทางไฟฟ้าที่กระทำต่อวัตถุที่มีประจุบวกและวัตถุที่มีประจุลบ ปัจจัยใดบ้างที่ส่งผลต่อแรงทางไฟฟ้า ที่เกิดขึ้น ระหว่างวัตถุที่มีประจุไฟฟ้า?
ชาร์ลส์ คูลอมบ์ (ค.ศ. 1736-1806) นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ได้ทำการทดลองหลายชุดในช่วงทศวรรษ 1780 เพื่อตรวจสอบปัจจัยที่มีผลต่อขนาดของแรงทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุที่มีประจุไฟฟ้า อุปกรณ์ที่คูลอมบ์ใช้มีลักษณะคล้ายกับอุปกรณ์ที่คาเวนดิชใช้ในการตรวจสอบค่าคงที่ของแรงโน้มถ่วง ซึ่งเรียกว่าเครื่องชั่งแรงบิด (torsion balance) คูลอมบ์ตรวจสอบแรงทางไฟฟ้า ดังนั้นเขาจึงใช้ลูกบอลโลหะสองลูกที่มีประจุไฟฟ้า ในขณะที่คาเวนดิชตรวจสอบแรงโน้มถ่วง ดังนั้นเขาจึงใช้ลูกบอลสองลูกที่มีมวลแต่ไม่มีประจุไฟฟ้า
ปัจจัยที่มีผลต่อแรงทางไฟฟ้า
จากผลการทดลองโดยใช้เครื่องชั่งแรงบิด คูลอมบ์ได้ค้นพบหลายสิ่งหลายอย่าง
– ในการทดลองนี้ ระยะห่างระหว่างลูกบอลแข็งทั้งสองลูกจะเท่ากันเสมอ เมื่อปริมาณประจุไฟฟ้าบนลูกบอลแข็งลูกที่ 1 เท่ากับ 1 และปริมาณประจุไฟฟ้าบนลูกบอลแข็งลูกที่ 2 เท่ากับ 1 แรงทางไฟฟ้าที่กระทำต่อลูกบอลแข็งทั้งสองลูกจะมีค่าเท่ากับ 1
ผลคูณของขนาดประจุบนตัวหนึ่ง Q 1คูณด้วยขนาดประจุบนอีกตัวหนึ่ง Q 2 (F ≈ q 1 q 2 )
– ในการทดลองนี้ จำนวนประจุบนลูกบอลแข็งทั้งสองลูกจะเท่ากันเสมอ ถ้าระยะห่างระหว่างลูกบอลแข็งทั้งสองลูกเป็นหนึ่ง แรงทางไฟฟ้าที่กระทำต่อลูกบอลแข็งทั้งสองลูกจะเป็น 1 ถ้าระยะห่างระหว่างลูกบอลแข็งทั้งสองลูกเป็นสอง แรงทางไฟฟ้าที่กระทำต่อลูกบอลแข็งทั้งสองลูกจะเป็น ¼ คูลอมบ์สรุปว่าขนาดของแรงทางไฟฟ้าที่กระทำต่อลูกบอลแข็งทั้งสองลูกแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่าง (F ≈ 1 / r² )
กฎของคูลอมบ์
กฎของคูลอมบ์เป็นหนึ่งในกฎทางฟิสิกส์ที่อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างแรงไฟฟ้า ประจุไฟฟ้า และระยะห่างระหว่างประจุไฟฟ้า กฎนี้ถูกกำหนดขึ้นจากผลการทดลองของคูลอมบ์ดังที่ได้กล่าวไว้ในบทความก่อนหน้านี้
กฎของคูลอมบ์กล่าวว่า ขนาดของแรงที่อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้ากระทำต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าอีกอนุภาคหนึ่งนั้นแปรผันตรงกับขนาดของแรง
แรงนี้เป็นผลคูณของประจุของอนุภาคทั้งสอง และแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างอนุภาคทั้งสอง แรงนี้ทำงานตามแนวเส้นตรงที่เชื่อมต่ออนุภาคทั้งสอง อนุภาคที่มีประจุเหมือนกันจะผลักกัน ในขณะที่อนุภาคที่มีประจุต่างกันจะดึงดูดกัน
กฎของคูลอมบ์สามารถแสดงได้ในรูปสมการทางคณิตศาสตร์:
F 12 = แรงทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างอนุภาคที่ 1 และอนุภาคที่ 2
q 1 = ปริมาณประจุไฟฟ้าของอนุภาคที่ 1
q 2 = ปริมาณประจุไฟฟ้าของอนุภาคที่ 2
r 12 = ระยะห่างระหว่างอนุภาคที่ 1 และอนุภาคที่ 2
F 21คือแรงที่ประจุ q 2 กระทำ ต่อประจุ q 1ในขณะที่ F 12คือแรงที่ประจุ q 1 กระทำ ต่อประจุ q 2 F 21และ F 12จะผลักกันเมื่อชนิดของประจุ q 1และ q 2ไม่เหมือนกัน และจะดึงดูดกันเมื่อชนิดของประจุ q 1และ q 2ไม่เหมือนกัน
แรง F 21และ F 12มีขนาดเท่ากัน ทิศทางตรงข้าม และกระทำต่อวัตถุต่างกัน ดังนั้นแรงทั้งสองนี้จึงเป็นคู่ของแรงกิริยาและแรงปฏิกิริยา
