قانون كولوم
درس العالم كولوم القوى المتبادلة بين الشحنات الكهربائية.
درس العلاقة بين القوة الكهربائية ومقدار كل من الشحنتين بثبات المسافة بينهما (التجربة الأولى)،
ثم درس العلاقة بين القوة الكهربائية والمسافة بين الشحنتين بثبات مقدار الشحنتين (التجربة الثانية).
⚡ التجربة الأولى: العلاقة بين القوة ومقدار الشحنتين
(بثبات المسافة r = 10 cm)
| المسافة (r) | 0.1 m (ثابتة) |
| القوة الكهربائية (F) | 0.0225 N |
| العلاقة | F ∝ q₁ × q₂ |
📏 التجربة الثانية: العلاقة بين القوة والمسافة
(بثبات q₁ = q₂ = 5 μC)
| المسافة (r) | 0.10 m |
| القوة الكهربائية (F) | 0.0225 N |
| العلاقة | F ∝ 1/r² |
📊 نتائج التجارب
- مقدار الشحنتين (q₁ و q₂):
العلاقة طردية مع حاصل ضرب الشحنتين — إذا تضاعفت إحدى الشحنتين تتضاعف القوة.F ∝ q₁ × q₂ - المسافة بينهما (r):
العلاقة عكسية مع مربع المسافة — إذا تضاعفت المسافة تقل القوة إلى الربع.F ∝ 1/r² - الوسط المادي (k):
ثابت العزل الكهربائي يعتمد على الوسط: k = 1/(4πε₀εᵣ)، حيث εᵣ هي السماحية النسبية للوسط.k = 8.99 × 10⁹ N·m²/C²
⚡ قانون كولوم
حيث k = 1/(4πε₀) و ε₀ = 8.85 × 10⁻¹² C²/N·m² (السماحية الكهربائية للفراغ)
➡️ القوة كمتجه
القوة المبذولة بين شحنتين نقطيتين هي قوة اتجاهية وتعمل على طول الخط الذي يربط بين الشحنتين، مما يسمح بتمثيلها بمتجه.
• إذا كان الناتج النهائي للقوة بإشارة سالبة ← القوة تجاذب
• إذا كان الناتج النهائي للقوة بإشارة موجبة ← القوة تنافر
في هذه المحاكاة يتم حساب القوة الكهربائية المتبادلة بين شحنتين بتغيير مقدار الشحنتين والبعد بينهما.
إذا أثرت قوة كهربائية من الشحنة الأولى على الثانية 10N نحو اليمين فإن القوة التي تؤثر بها الشحنة الثانية على الأولى تعادل
اختر الإجابة الصحيحة
بأي عامل تتغير القوة الكهربائية المتبادلة بين شحنتين إذا زاد مقدار إحدى الشحنتين إلى الضعف وقل البعد بينهما إلى النصف؟
اختر الإجابة الصحيحة
شحنتان لهما نفس المقدار، المسافة بينهما 0.2 m، فإذا كانت القوة الكهربائية المتبادلة بينهما تعادل 0.4 N فإن مقدار كل من الشحنتين يعادل
اختر الإجابة الصحيحة
تراكب القوى الكهربائية
في الشكل أدناه لدينا ثلاث شحنات كهربائية
حدد اتجاه القوة المؤثرة على الشحنة الأولى من الشحنة الثانية واكتب العلاقة المعبرة عنها
حدد اتجاه القوة المؤثرة على الشحنة الأولى من الشحنة الثالثة واكتب العلاقة المعبرة عنها
لو كانت الشحنات الثلاث متساوية في المقدار، فما هو اتجاه القوة المؤثرة على الشحنة الأولى؟
في هذه المحاكاة نضع أكثر من شحنتين بجوار بعضهما ونحدد القوة المؤثرة على أحد الشحنات واتجاهها.
ثلاث شحنات على استقامة واحدة كما في الشكل من نفس النوع ومقاديرها موضحة على الشكل، فإن اتجاه القوة المؤثرة على الشحنة q₂
اختر الإجابة الصحيحة
تم حساب القوة المؤثرة على q₁ فكانت 5 نيوتن واتجاهها موضح على الرسم، وكانت القوة المؤثرة من q₃ على q₁ تعادل 3 نيوتن، فإن الشحنة الثانية مقدارها ونوعها
اختر الإجابة الصحيحة
اتزان شحنة
نقول عن شحنة أنها متزنة إذا كانت محصلة القوى المؤثرة عليها معدومة.
الشحنتين مختلفتين في النوع
تنعدم محصلة القوى على شحنة إذا وضعت على امتداد الخط الواصل بين الشحنتين وأقرب للشحنة الأقل.
الشحنتين من نفس النوع
تنعدم محصلة القوى على شحنة إذا وضعت على الخط الواصل بين الشحنتين وأقرب للشحنة الأقل.
شحنتان مختلفتان في النوع متماثلتان في المقدار، حدد عند أي موقع لو تم وضع إلكترون لن يتأثر بقوة كهربائية
اختر الإجابة الصحيحة
كرتان مشحونتان بشحنة متماثلة ولهما نفس الكتلة، عُلّقتا بخيط عديم الكتلة وغير قابل للتمدد، فابتعدت الكرتان عن بعضهما بقوة كهربائية مقدارها Fe = 4 N بحيث شكّل الخيط لكل منهما زاوية θ = 30° مع الخط الرأسي، فإن كتلة كل كرة
اختر الإجابة الصحيحة
قوة التجاذب الكتلي بين جسمين
القوة الكهربائية المتبادلة بين شحنتين
السؤال: ما هو وجه التشابه والاختلاف بين العلاقتين؟ دوّن ملاحظاتك ثم قارنها بالنتائج أدناه.
نتائج مهمة
وجه التشابه:
- كلا القوتين تعتبر قوة مجالية.
- كلا القوتين تتناسب عكسيًا مع مربع البعد.
وجه الاختلاف:
- القوة الكهربائية لها نوعان: تجاذب وتنافر، أما قوة التجاذب الكتلي فتجاذب فقط.
- القوة الكهربائية أكبر بكثير من قوة التجاذب الكتلي.
Coulomb's Law
Coulomb studied the forces between electric charges.
He studied the relationship between electric force and the magnitude of each charge while keeping the distance constant (Experiment 1),
then studied the relationship between electric force and distance while keeping the charges constant (Experiment 2).
⚡ Experiment 1: Force vs. Charge Magnitude
(with constant distance r = 10 cm)
| Distance (r) | 0.1 m (constant) |
| Electric Force (F) | 0.0225 N |
| Relationship | F ∝ q₁ × q₂ |
📏 Experiment 2: Force vs. Distance
(with constant q₁ = q₂ = 5 μC)
| Distance (r) | 0.10 m |
| Electric Force (F) | 0.0225 N |
| Relationship | F ∝ 1/r² |
📊 Results
- Charge magnitude (q₁ and q₂):
Directly proportional to the product of the charges — if one charge doubles, force doubles.F ∝ q₁ × q₂ - Distance (r):
Inversely proportional to the square of the distance — if distance doubles, force drops to a quarter.F ∝ 1/r² - Medium (k):
Depends on the medium: k = 1/(4πε₀εᵣ), where εᵣ is the relative permittivity.k = 8.99 × 10⁹ N·m²/C²
⚡ Coulomb's Law
where k = 1/(4πε₀) and ε₀ = 8.85 × 10⁻¹² C²/N·m² (permittivity of free space)
➡️ Force as a Vector
The force between two point charges is directional and acts along the line connecting them, allowing it to be represented as a vector.
• If the final sign is negative → attractive force
• If the final sign is positive → repulsive force
In this simulation you can calculate the electric force between two charges by changing their magnitudes and distance.
If charge 1 exerts a force of 10 N to the right on charge 2, what is the force that charge 2 exerts on charge 1?