Կուլոնի օրենք

Կուլոնի օրենք, ֆիզիկայի օրենք, նկարագրում է լիցքավորված մասնիկների էլեկտրաստատիկ փոխազդեցությունը։ Ձևակերպել է ֆրանսիացի գիտնական Շառլ Օգյուստեն Կուլոնը 1785 թ.։ Էական դեր է խաղացել դասական էլեկտրամագնիսական տեսության մշակման մեջ։ Ըստ Կուլոնի օրենքի, երկու կետային լիցքավորված մասնիկների փոխադարձ ձգողության կամ վանողության ուժը ուղիղ համեմատական է նրանց լիցքերի մեծության արտադրյալին և հակադարձ համեմատական է հեռավորության քառակուսուն^[1]։ Կուլոնի օրենքը բազմիցս ստուգվել և հաստատվել է ճշգրիտ փորձերով։

Պատմություն

Շառլ Կուլոն

Կուլոնի տորսիոնային կշեռքը

1785 թ. ֆրանսիացի ֆիզիկոս Կուլոնը հրապարակեց երեք աշխատություններ էլեկտրականության և մագնիսականության մասին, որտեղ էլ ձևակերպեց այս օրենքը։ Լիցքավորված մասնիկների ձգողական և վանողական ուժերն ուսումնասիրելու համար Կուլոնը օգտագործեց տորսիոնային կշեռք՝ դրա օգնությամբ հայտնաբերելով, որ էլեկտրական ուժի մեծությունը ուղիղ համեմատական է լիցքերի արտադրյալին և հակադարձ համեմատական է նրանց միջև եղած հեռավորության քառակուսուն։

Լիցքավորված մարմինների փոխազդեցության ուժի կախումը լիցքից և հեռավորությունից հայտնաբերել էր նաև Հենրի Կավենդիշը 1770 թ., սակայն չէր հրապարակել։ Այլ հետազոտողներ, ինչպես օրինակ Ժոզեֆ Պրիստլին 1767 թ., նույնպես նկատել էին օրինաչափությունը Կուլոնից առաջ^[2]։ 1769 թ. շոտլանդացի ֆիզիկոս Ջոն Ռոբիսոնը չափումների հիման վրա ստացավ, որ նույնանուն լիցքավորված երկու գնդերի վանողության ուժը փոխվում է x^-2.06 օրենքով^[3][4]։

Մաթեմատիկական ձևակերպումը

Երկու կետային լիցքավորված մասնիկների փոխադարձ ձգողության կամ վանողության ուժը ուղիղ համեմատական է նրանց լիցքերի մեծության արտադրյալին և հակադարձ համեմատական է հեռավորության քառակուսուն։

Կուլոնի օրենքի պատկերումը

Եթե էլեկտրական լիցքերը նույնանուն են, նրանց փոխազդեցության էլեկտրաստատիկ ուժը վանողական է, հակառակ դեպքում՝ ձգողական։

Կուլոնի օրենքը սկալյար տեսքով գրվում է հետևյալ կերպ՝

${\displaystyle |{\boldsymbol {F}}|=k_{e}{|q_{1}q_{2}| \over r^{2}}}$։

Վեկտորական տեսքով՝

${\displaystyle {\boldsymbol {F}}=k_{e}{q_{1}q_{2}{\boldsymbol {{\hat {r}}_{12}}} \over r_{12}^{2}}}$։

ke գործակիցը

Հիմնական հոդված՝ Կուլոնի հաստատուն

k_e գործակիցը հայտնի է նաև Կուլոնի հաստատուն կամ էլեկտրական ուժի հաստատուն անունով։ ՍԳՎ համակարգում լիցքի չափման միավորն ընտրված է այնպես, որ k_e գործակցի արժեքը լինի 1։

Միավորների միջազգային համակարգում հիմնական միավորներից մեկը էլեկտրական հոսանքի ուժի միավորն է՝ ամպերը, իսկ լիցքի միավորը՝ կուլոնը, ածանցվում է ամպերից։ Ամպերի մեծությունը որոշվում է այնպես, որ k = c²•10⁻⁷ Հն/մ = 8, 9875517873681764×10⁹ Ն•մ²/Կլ² (Կամ Ֆ⁻¹•մ)։ ՄՄՀ-ում k_e գործակիցը գրվում է

${\displaystyle k_{e}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}},}$

տեսքով, որտեղ ${\displaystyle \varepsilon _{0}}$ ≈ 8, 854187817×10⁻¹² Ֆ/մ էլեկտրական հաստատունն է։

Համասեռ իզոտրոպ նյութում բանաձևի հայտարարում հարկ է ավելացնել միջավայրի ε հարաբերական դիէլեկտրիկական թափանցելիությունը։

ՍԳՎ համակարգում

${\displaystyle k_{e}={\frac {1}{\varepsilon }}}$:

ՄՄ համակարգում

${\displaystyle k_{e}={\frac {1}{4\pi \varepsilon \varepsilon _{0}}}}$:

Ծանոթագրություններ

1. «Առաջին հուշագրությունը էլեկտրականության և մագնիսականության մասին» Histoire de l’Académie Royale des Sciences, էջ. 569-577 Կուլոնը ուսումնասիրում է նույնանուն լիցքավորված մասնիկների վանողական ուժը.
   

   Էջ 574 ։ Il résulte donc de ces trois essais, que l'action répulsive que les deux balles électrifées de la même nature d'électricité exercent l'une sur l'autre, suit la raison inverse du carré des distances.

   Անգլ. : It follows therefore from these three tests, that the repulsive force that the two balls -- [that were] electrified with the same kind of electricity -- exert on each other, follows the inverse proportion of the square of the distance.

   «Երկրորդ հուշագրությունը էլեկտրականության և մագնիսականության մասին» Histoire de l’Académie Royale des Sciences, էջ. 578-611. Կուլոնը ցույց է տալիս, որ տարանուն լիցքավորված մարմինները ենթարկվում են հակադարձ քառակուսային օրենքին
2. Ժոզեֆ Պրիստլի, Էլեկտրականության պատմությունը և ներկա վիճակը. սկզբնական փորձերը (Լոնդոն, 1767), էջ 732
3. Ջոն Ռոբիսոն Մեխանիկական փիլիսոփայության համակարգը (Լոնդոն, John Murray, 1822), հատ. 4: 68-դ էջում հեղինակը նշում է, որ 1769 թ. նա հայտնել է լիցքավորված գնդերի փոխազդեցության ուժի վերաբերյալ ուսումնասիրությունների մասին էջ 73 հեղինակը նշում է, որ այդ ուժը փոխվում է x^-2.06 օրենքով։
4. Ջեյմս Մաքսվել, խմբ., Մեծաևգո Հենրի Կավենդիշի հետազոտությունները էլեկտրականության շուրջ... (Քեմբրիջ, Քեմբրիջի համալսարանի հրատարակություն, 1879), էջ. 104-113: «Էլեկտրականության փորձեր. էլեկտրական ուժի օրենքի փորձնական սահմանումը»

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 6, էջ 6)։