Kulona likums

Kulona likums ir likums, kas apraksta, kā savstarpēji mijiedarbojas divi punktveida lādiņi. Šo likumu var formulēt šādi: divu punktveida lādiņu ${\displaystyle q_{1}\ }$ un ${\displaystyle q_{2}\ }$ mijiedarbības spēks ir centrāls, tieši proporcionāls lādiņu lielumiem un apgriezti proporcionāls to savstarpējā attāluma ${\displaystyle r\ }$ kvadrātam.

Vienādzīmju lādiņi atgrūžas, pretēju zīmju lādiņi pievelkas

Kulona likumu, kas ir analoģisks Ņūtona vispasaules gravitācijas likumam, precīzos eksperimentos konstatēja Šarls Ogistēns Kulons (Francija) 1785. gadā, lai gan dažus gadus iepriekš to bija pierādījis Henrijs Kevendišs (Anglija). Taču H. Kevendiša darbs nebija plaši pazīstams. ^[1]

Kulona likums skalārā formā

${\displaystyle F=k{\frac {|q_{1}||q_{2}|}{r^{2}}},}$

kur:

• ${\displaystyle F\ }$ ir Kulona spēks,
• ${\displaystyle q_{1}\ }$ ir pirmā lādiņa lielums,
• ${\displaystyle q_{2}\ }$ ir otrā lādiņa lielums,
• ${\displaystyle r\ }$ ir attālums starp lādiņiem,
• ${\displaystyle k={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{r}\varepsilon _{0}}}}$, vakuumā ${\displaystyle k\approx 8,988\cdot 10^{9}}$ N·m²·C^-2,
• ${\displaystyle \pi }$ ir pī,
• ${\displaystyle \varepsilon _{r}}$ ir vides relatīvā dielektriskā caurlaidība, vakuumā ${\displaystyle \varepsilon _{r}=1}$,
• ${\displaystyle \varepsilon _{0}}$ ir elektriskā konstante (8,85⋅10⁻¹² F/m).

Kulona likums vektoriālā formā

Lādiņu rādiusvektoru shēma

${\displaystyle {\vec {F}}_{12}=k{\frac {q_{1}q_{2}}{r_{12}^{3}}}{\vec {r}}_{12},}$

kur

• ${\displaystyle {\vec {F}}}$ ir Kulona spēka vektors,
• ${\displaystyle q_{1}\ }$ ir pirmā lādiņa lielums, uz kuru iedarbojas spēks,
• ${\displaystyle q_{2}\ }$ ir otrā lādiņa lielums,
• ${\displaystyle {\vec {r}}_{12}={\vec {r}}_{1}-{\vec {r}}_{2}}$ ir rādiusvektors no ${\displaystyle q_{2}}$ līdz ${\displaystyle q_{1}}$,
• ${\displaystyle {\vec {r}}_{1}\ }$ ir ${\displaystyle q_{1}}$ rādiusvektors,
• ${\displaystyle {\vec {r}}_{2}\ }$ ir ${\displaystyle q_{2}}$ rādiusvektors, un
• ${\displaystyle r_{12}\ }$ ir ${\displaystyle {\vec {r}}_{12}}$ modulis,
• ${\displaystyle k={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{r}\varepsilon _{0}}}}$, vakuumā ${\displaystyle k\approx 8,988\cdot 10^{9}}$ N·m²·C^-2,
• ${\displaystyle \pi }$ ir pī,
• ${\displaystyle \varepsilon _{r}}$ ir vides relatīvā dielektriskā caurlaidība, vakuumā ${\displaystyle \varepsilon =1}$,
• ${\displaystyle \varepsilon _{0}}$ ir elektriskā konstante (8,85⋅10⁻¹² F/m).

Kulona spēkam ir pareizs Ņūtona trešais likums, jo ${\displaystyle {\vec {F}}_{21}=-{\vec {F}}_{12}}$. Ja savietojam atskaites sistēmas sākumpunktu ${\displaystyle O_{1}}$ ar vienu no lādiņiem (${\displaystyle q_{2}\ }$) un otra lādiņa (${\displaystyle q_{1}\ }$) rādiusvektors ir ${\displaystyle {\vec {r}}={\vec {r}}_{12}}$, tad Kulona likums ir rakstāms formā

${\displaystyle {\vec {F}}={\vec {F}}_{12}=k{\frac {q_{1}q_{2}}{r^{3}}}{\vec {r}}}$.