Batas ni Coulomb

Sa artikulo tungkol sa karga ng kuryente at mga uri ng karga ng kuryente, ipinaliwanag na ang magkaparehong karga ng kuryente ay nagtataboy sa isa't isa habang ang magkaibang karga ng kuryente ay nag-aakit sa isa't isa. Sa madaling salita, ang mga bagay na may positibong karga ay umaakit sa mga bagay na may negatibong karga, ang mga bagay na may positibong karga ay nagtataboy sa mga bagay na may positibong karga, at ang mga bagay na may negatibong karga ay nagtataboy sa mga bagay na may negatibong karga. Ipinapakita ng penomenong ito ang pagkakaroon ng puwersang elektrikal na kumikilos sa mga bagay na may positibong karga at mga bagay na may negatibong karga. Anong mga salik ang nakakaimpluwensya sa magnitude ng puwersang elektrikal sa pagitan ng mga bagay na may karga ng kuryente?

Ang Pranses na pisikong si Charles Coulomb (1736–1806) ay nagsagawa ng serye ng mga eksperimento noong dekada 1780 upang siyasatin ang mga salik na nakakaimpluwensya sa magnitude ng puwersang elektrikal sa pagitan ng mga bagay na may kargang elektrikal. Ang aparatong ginamit ni Coulomb ay katulad ng ginamit ni Cavendish upang siyasatin ang gravitational constant, na tinatawag na torsion balance. Sinuri ni Coulomb ang puwersang elektrikal, samakatuwid ay gumamit siya ng dalawang bolang metal na may kargang elektrikal, habang sinuri ni Cavendish ang puwersang gravitational, samakatuwid ay gumamit siya ng dalawang bolang may masa na hindi may kargang elektrikal.

Paano gumagana ang isang iskala ng metalikang kuwintas  

 
Ang paggana ng isang torque scale ay may kaugnayan sa paksa metalikang kuwintas o sandali ng puwersa sa kabanata dinamika ng pag-ikot.
Ang espasyo sa torsion balance ay vacuum upang maiwasan ang paglipat ng electric charge sa hangin. Ang pagtukoy sa dami ng electric charge sa solid ball ay ginagawa gamit ang sumusunod na pamamaraan. Sa simula, ang solid ball A ay ginagawang may kuryente sa pamamagitan ng conduction o friction. Ang solid ball A na may kuryente ay ikinokonekta sa solid ball B na neutral pa rin gamit ang isang electrical conductor hanggang sa ang electric charge ng solid ball A ay pantay na mahahati sa solid ball B. Kung ang dami ng electric charge ng solid ball A ay ½, ang dami ng electric charge ng solid ball B ay ½. Susunod, ang solid ball B at solid ball C ay ikinokonekta gamit ang isang electrical conductor hanggang sa ang electric charge ng solid ball B ay pantay na mahahati sa solid ball C. Kung ang dami ng electric charge ng solid ball B ay ¼, ang dami ng electric charge ng solid ball C ay ¼. Ang dami ng electric charge at ang uri ng electric charge ng solid ball 1 at solid ball 2 ay nakukuha sa ganitong paraan.

Ang solidong sphere 1 at solidong sphere 2 ay may karga sa kuryente kaya't ang dalawang solidong sphere ay nagtataboy sa isa't isa kung ang dalawang sphere ay may parehong karga sa kuryente o nag-aakit sa isa't isa kung ang dalawang sphere ay may magkaibang karga sa kuryente. Ang pagkakaroon ng isang puwersang pang-akit o salungat sa pagitan ng dalawang solidong sphere na may karga sa kuryente ay nagiging sanhi ng pag-ikot ng solidong sphere 2. Ang anggulo ng paglalakbay ng solidong sphere 2 ay sinusukat upang matukoy ang puwersang elektrikal na kumikilos sa dalawang solidong sphere.

Mga salik na nakakaimpluwensya sa puwersa ng kuryente

Batay sa mga eksperimentong isinagawa gamit ang torsion balance, natuklasan ni Coulomb ang ilang bagay.
– Sa eksperimentong ito, ang distansya sa pagitan ng dalawang solidong bola ay palaging pareho. Kapag ang dami ng karga ng kuryente sa solidong bola 1 ay 1 at ang dami ng karga ng kuryente sa solidong bola 2 ay 1, ang puwersang elektrikal na kumikilos sa parehong solidong bola ay 1. Kapag ang dami ng karga ng kuryente sa solidong bola 1 ay 2 at ang dami ng karga ng kuryente sa solidong bola 2 ay 2, ang puwersang elektrikal na kumikilos sa parehong solidong bola ay 4. Napagpasyahan ni Coulomb na ang magnitude ng puwersang elektrikal na kumikilos sa parehong solidong bola ay proporsyonal sa produkto ng dami ng karga sa parehong solidong bola (F ≈ q₁ q₂).
– Sa eksperimentong ito, ang dami ng karga sa parehong solidong bola ay palaging pareho. Kung ang distansya sa pagitan ng dalawang solidong bola ay 1, ang puwersang elektrikal na kumikilos sa parehong solidong bola ay 1. Kung ang distansya sa pagitan ng dalawang solidong bola ay 2, ang puwersang elektrikal na kumikilos sa parehong solidong bola ay ¼. Napagpasyahan ni Coulomb na ang magnitude ng puwersang elektrikal na kumikilos sa parehong solidong bola ay inversely proportional sa parisukat ng distansya (F ≈ 1 / r²)

Batas ni Coulomb

Ang batas ni Coulomb ay isang batas ng pisika na nagpapaliwanag sa ugnayan sa pagitan ng puwersang elektrikal, karga ng kuryente, at distansya sa pagitan ng mga karga. Ang batas na ito ay binuo batay sa mga eksperimento ni Coulomb, gaya ng ipinaliwanag sa nakaraang artikulo.

Nakasaad sa batas ni Coulomb na ang magnitude ng puwersang inilalapat ng isang partikulo na may kargang elektrikal sa isa pang partikulo na may kargang elektrikal ay direktang proporsyonal sa produkto ng mga kargang elektrikal ng dalawang partikulo at kabaligtaran na proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila. Ang puwersang ito ay kumikilos sa isang tuwid na linya na nagdurugtong sa dalawang partikulo. Ang puwersang elektrikal ay salungat kung ang mga kargang elektrikal ng dalawang partikulo ay magkapareho at ang puwersang elektrikal ay kaakit-akit kung ang mga kargang elektrikal ng dalawang partikulo ay hindi magkapareho.

Ang batas ni Coulomb ay maaaring ipahayag sa ekwasyon ng matematika:
Paglalarawan ng pormula:
F₁₂ = puwersang elektrikal sa pagitan ng partikulo 1 at partikulo 2
q₁ = bilang ng mga karga ng particle 1
q₂ = ang bilang ng mga kargang elektrikal ng partikulo 2
r₁₂ = distansya sa pagitan ng partikulo 1 at partikulo 2
(basahin: epsilon zero) = 8,854 x 10^-12 C²/Nm²
k = (konstante ni Coulomb) = 9 x 10⁹ Nm²/C²
F₂₁ ay ang puwersang ipinapatupad ng karga na q₂ sa kargamento q₁, habang si F₁₂ ay ang puwersang ipinapatupad ng karga na q₁ sa kargamento q₂. F₂₁ at F₁₂ nagtataboy sa isa't isa kapag ang karga ay q₁ at q₂ magkatulad at mag-aakit sa isa't isa kapag ang karga ay q₁ at q₂ hindi pareho ang uri.
F₂₁ at F₁₂ ay may parehong halaga, kabaligtaran ng direksyon at kumikilos sa magkaibang bagay, samakatuwid ang dalawang puwersang ito ay isang pares ng puwersang aksyon-reaksyon.