Batas ni Coulomb

Mula sa Wikipediang Tagalog, ang malayang ensiklopedya
Tumalon sa: nabigasyon, hanapin

Ang batas ni Coulomb o batas na kabaligtarang kwadrado ni Coulomb ay isang batas ng pisika na naglalarawan ng elektrostatikong interaksiyon sa pagitan ng mga partikulong may kargang elektriko. Ito ay unang inilimbag noong 1785 ng pisikong Pranses na si Charles Augustin de Coulomb at mahalaga sa pagpapaunlad ng teoriya ng elektromagnetismo. Ang batas na ito ay nagsasaad na "ang pwersa ng atraksiyon o repulsiyon sa pagitan ng dalawang mga puntong karga ay direktang proporsiyonal sa produkto ng magnituto ng bawat karga at hindi direktang proporsiyal sa kwadrado ng distansiya sa pagitan ng mga ito."[1][2] Ang batas ni Coulomb ay mabigat na nasubukan at ang lahat ng mga obserbasyon ay umaayon sa batas na ito.

Ang batas[baguhin | baguhin ang batayan]

Ang batas ni Coulomb ay nagsasaad na ang magnitudo ng pwersang elektrostatika ng interaksiyon sa pagitan ng dalawang mga puntong karga ay direktang proporsiyonal sa skalar na multiplikasyon ng mga magnitudo ng mga karga at kabaligtarang proporsiyonal sa kwadrado ng mga distansiya sa pagitan ng mga ito.

Isang grapikal na representasyon ng batas ni Coulomb

Kung ang dalawang mga karga ay may parehong senyas o sign, ang pwersang elektrostatiko sa pagitan ng mga ito ay repulsibo o magtataboy sa bawat isa. Kung ang mga ito ay may magkaibang senyas, ang pwersa sa pagitan ng mga ito ay atraktibo o maaaakit sa bawat isa.

Ang mga anyong skalar at bektor ng ekwasyong matematikal ay:

respektibong |\boldsymbol{F}|=k_e{|q_1q_2|\over r^2}    at    \boldsymbol{F}=k_e{q_1q_2\boldsymbol{\hat{r}_{21}}\over r_{21}^2} ,   .

Mga unit[baguhin | baguhin ang batayan]

Ang teoriyang elektomagnetiko ay kadalasang inihahayag sa mga unit na SI para sa pwersa na F, quantity ng karga q, at radial na distansiya r at kung saan ang k e  = 1 ε 0 . Ang batas ni Coulomb at ang konstante ni Coulomb ay maaari ring pakahulugan sa mga termino ng mga atomikong unit o mga elektrostatikong unit o mga Gaussian unit. Sa mga atomikong unit, ang pwersa ay inihahayag ng mga Hartree kada radius na Bohr na karga sa mga termino ng elementaryong karga at mga distansiya sa mga termino ng radius na Bohr. Sa mga elektrostatikong unito at Gaussian unit, ang kargang unit (esu o statcoulomb) ay inilalarawan sa paraang ang konstanteng Coulomb na k ay naglalaho dahil ito ay may halagang isa at nagiging walang dimensiyon. Ang pamantayang mga unit na SI ay gagamitin sa ibaba.

Ang mga unit na hinangong SI para sa elektrikong field ang mga volt kada metro, mga newton kada coulomb at mga tesla kada segundo.

Isang elektrikong field[baguhin | baguhin ang batayan]

Kung ang dalawang mga karga ay may parehong senyas, ang elektrostatikong pwersa sa pagitan ng mga ito ay repulsibo o magtataboy. Kung ang mga ito ay may ibang senyas, ang pwersa sa pagitan ng mga ito ay mag-aakit.

Ang magnitudo ng pwersong elektrikong field na E ay inbertible mula sa batas ni Coulomb. Dahil ang E = F Q, sumusunod mula sa batas ni Coulomb na ang magnitudo ng elektrikong field na E ay nalilikha ng isang puntong kargang q sa isang distansiyang ay ibinibigay ng:

|\boldsymbol{E}|={1\over4\pi\varepsilon_0}{|q|\over r^2}.

Ang isang elektrikong field ay isang bektor na field na nag-uugnay sa bawat punto ng espasyo ang pwersang Coulomb na makararanas ng isang pagsubok ng pagkakaisang karga. Sa ibinigay na elektrikong field, ang lakas at direksiyon ng isang pwersang F' sa isang kantidad na kargang q sa isang elektrikong field na E ay matutukoy ng elektrikong field. Para sa isang positibong karga, ang direksiyon ng mga puntong elektrikong field sa kahabaan ng mga linya ay nakadirekta ng radial papalayo mula sa lokasyon ng puntong karga samantalang ang direksiyon ang tungo sa isang negatibong karga.

Konstante ni Coulomb[baguhin | baguhin ang batayan]

Ang konstante ni Coulomb ay k e  na isang paktor ng proporsiyonalidad na tinatawag ring konstanteng pwersang elektrikong o konstanteng elektrostatiko at kaya ang subskriptong e. Ang eksaktong halaga ng konstante ni Coulomb na k e  ay nagmumula mula sa tatlong mga pundamental at hindi mababagong kantidad na naglalarawan ng malayang espasyo sa sistemang SI: ang bilis ng liwanag na c 0 , permeabilidad na magnetikong μ 0  at permitibidad na elektrikong ε 0  na inuugnay ng Maxwell bilang

 \frac{1}{\mu_0\varepsilon_0}=c_0^2 .

Dahil sa paraang ang sistemang baseng unit na SI ay gumawa ng mga natural na unit para sa elektromagnetismo, ang bilis ng liwanag sa bakyum na c 0  ay 299,792,458 m s−1, ang permeabilidad na magnetikong ] μ 0  ay 4π·10−7H m−1 at ang elektrikong permitibidad ay ε 0  = 1  (μ 0 c 2
0
 
) ≈ 8.85418782×10−12 F·m−1
,[3] upang ang[4]

\begin{align}
k_e &= \frac{1}{4\pi\varepsilon_0}=\frac{c_0^2\mu_0}{4\pi}=c_0^2\cdot10^{-7}\mathrm{H\ m}^{-1}\\
               &= 8.987\ 551\ 787\ 368\ 176\ 4\cdot10^9\mathrm{N\ m^2\ C}^{-2}
\end{align}

Mga sanggunian[baguhin | baguhin ang batayan]

  1. In -- Coulomb (1785a) "Premier mémoire sur l’électricité et le magnétisme," Histoire de l’Académie Royale des Sciences, pages 569-577 -- Coulomb studied the repulsive force between bodies having electrical charges of the same sign:

    Page 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.

    Translation : 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.

    In -- Coulomb (1785b) "Second mémoire sur l’électricité et le magnétisme," Histoire de l’Académie Royale des Sciences, pages 578-611. -- Coulomb showed that oppositely charged bodies obey an inverse-square law of attraction.
  2. Other early investigators who suspected that the electrical force diminished with distance as the gravitational force did (i.e., as the inverse square of the distance) included Daniel Bernoulli (see: Abel Socin (1760) Acta Helvetiсa, vol. 4, pages 224-225.) and Alessandro Volta, both of whom measured the force between plates of a capacitor, and Aepinus who supposed the inverse-square law in 1758. See: J.L. Heilbron, Electricity in the 17th and 18th Centuries: A Study of Early Modern Physics (Los Angeles, California: University of California Press, 1979), pages 460-462, and 464 (including footnote 44).
  3. CODATA Value: electric constant. Physics.nist.gov. Retrieved on 2010-09-28.
  4. Coulomb's constant, Hyperphysics