İskoç fizikçi John Robison 1769 yılında yüklü iki cismin birbirini itmesi olayının aynı işaretli yüklerle olduğunu deneylerinde gözlemlediğini duyurdu. 1770’lerin başında İngiliz bilim adamı Henry Cavendish, yüklü iki cismin arasındaki kuvvetin bağlı olduğu yük ve uzaklık olgusunu keşfetmişti fakat bu keşfi hiçbir yazılı kaynakta yer almamıştı. Sonunda 1785’de Fransız fizikçi Charles-Augustin de Coulomb, elektrik ve manyetizma hakkında yazdığı ilk üç raporunda bu kanunun kendi kanunu olduğunu belirtti. Yayınlanan bu raporlar elektromanyetizmanın temeli sayılmıştır. Charles-Augustin de Coulomb yüklü cisim arasında itme ya da çekmeyi saptamak için burulma teraziyi kullanmıştır. Daha sonra noktasal iki yükün arasındaki elektriksel kuvvetin yükle doğru, uzaklığın karesiyle ters orantılı olduğunu saptamıştır.
Coulomb Yasası:
- İki noktasal yükün arasındaki elektrostatik kuvvet yüklerin skaler çarpımıyla doğru, aralarındaki uzaklığın karesiyle ters orantılıdır .
- Bu iki cismin yüklerinin işaretleri eğer aynı ise(pozitif-pozitif gibi) birbirlerini iterler,eğer farklıysa birbirlerini çekerler .
(adsbygoogle=window.adsbygoogle||[]).push({});
Coulomb Yasası aynı zamanda basit bir matematik eşitliği gösterir.
- ve
Coulomb sabitidir (), ve yük büyüklükleridir, skalerdir ve yüklerin arasındaki uzaklıktır, vektörel olarak yüklerin arasındaki uzaklıktır ve . kuvvetini bularak, tarafından uygulanan üzerindeki kuvveti bulmuş oluruz. Eğer kullanılmış olsa, o zaman da üzerindeki kuvvet bulunmuş olunurdu. Bu kural Newton’un üçüncü kanunu için de kullanılmaktadır: .
Birimler
Elektromanyetik teorinin açıklanması için çoğunlukla Uluslararası Birimler Sistemi kullanılır. Kuvvet Newton (birim) ile ölçülür, yük coulomb ile ve uzaklık metre birimiyle ölçülür. Coulomb sabiti ile gösterilir. yalıtkanlık sabitidir ve birimi C2 m−2 N−1. Ve bağıl yalıtkanlık sabitidir. Elektrik alanın birimi ise birim metredeki voltdur.
Elektrik Alanı
Elektrik alanı bir vektör alanıdır. Coulomb kuvveti, uzaydaki her test yükü ile bağdaştırılır. Daha basitçe, elektrik alanı basit bir noktasal yük kaynağı üretilir. Coulomb kuvvetinin büyüklüğü ve yönü , test yükü üzerindeki, elektrik alanına bağlı olarak, eşitliği ile bulunur. Elektrik alanı çizgileri düz çizgilerdir ve pozitif yüklü cisimde, cismin merkezinden dışarı doğru iken, negatif yüklü cismde çizgiler dışarıdan cismin merkezine doğrudur. Elektrik alanı Coulomb yasasından türetilir. Boşlukta bir test yükü ve noktasal yük kaynağı seçildiğinde, oluşan elektrik alanı noktasal yük kaynağı tarafından oluşur ve formülüze edilmiş şekli ise:
- .
Coulomb Sabiti Nedir?
Coulomb sabiti Coulomb Yasasında bir orantı faktörü olarak yer almaktadır ayrıca elektrikle ilgili birçok formülde yer almaktadır. ile gösterilir. Aynı zamanda elektrik kuvveti sabiti ya da elektrostatik sabiti diye de anılmaktadır. Coulomb sabitinin tam değeri:
Yasanın Geçerli Olması İçin Gerekli Koşullar
Coulomb yasasının geçerli olabilmesi iki koşula bağlıdır.
- Yükler, noktasal yük olmalıdır.
- Yükler birbirlerine göre hareketsiz olmak zorundadır.
Skaler Formu
Skaler formu demek, kuvvetin sadece büyüklüğünü bulmaya yöneliktir yani yönü hesaba katılmamaktadır. Sadece büyüklüğü ve işaretiyle ilgilenildiğinde kuvvetinin ve üzerindeki anlık etkisi: aradaki uzaklık, Coulomb sabitidir. çarpım sonucu eğer pozitif çıkarsa birbirlerini itiyor demektir. Eğer sonuç negatif çıkarsa yükler birbirlerini çekiyor demektir.
Vektör Formu
Vektör olan tarafından oluşur,diğer vektör de tarafından oluşur. olduğu zaman cisimler birbirini iter (resimde olduğu gibi), olduğu zaman ise cisimler birbirini çeker. Kuvvetler her zaman birbirine eşit olur. Coulomb yasasına göre kuvvetinin, pozisyonunda ve herhangi bir diğer yük olan , pozisyonunda eşitliği:
, birim vektörleri , ve elektrik sabiti. Coulomb yasasının vektör formu, birim vektörün yönü ile yasanın basitçe skaler tanımı , den e paralel çizgidir.[12] Eğer iki yük değeri aynı işaret ise, yük çarpımları pozitif olacaktır ve üzerindeki kuvvetin yönü şeklinde olacaktır. Yükler birbirlerini itecektir. Eğer yükler zıt işaretlelirse skaler çarpımı negatif olur ve üzerindeki kuvvetin yönü şeklinde olur. Yükler birbirini çekecektir. Newton’un üçüncü yasasına göre, elektrostatik kuvvet , den oluşmaktadır. şeklinde gösterilmektedir.
Ayrık Yükler Sistemi
Üst üste gelim ilkesi(örtüşüm ilkesi) Coulomb Yasasının içerdiği yük sayısını istenilen sayıda olmasına izin vermektedir. Yüklü cisimler nedeniyle oluşan herhangi bir yük üzerindeki kuvvet, basitçe diğer yükler üzerine etki eden kuvvetlerin vektörel toplamı ile bulunur. Bulunan kuvvet toplamı elektrik alanına paraleldir. Boşluktaki ayrık sistem nedeniyle, pozisyonundaki üzerindeki kuvveti:
‘ninci yükün sırasıyla ve büyüklük ve pozisyonudur. birim vektör ve yönü ise; (yönü ise den a doğrudur).[12]
Sürekli yük dağılımı
Bu konuda doğrusal üst üste gelim ilkesi kullanılır. Sürekli yük dağılımında, integral kullanılır. Çünkü sonsuz küçük sayıdaki parça noktasal yük gibi davranır ve sonsuz sayıdaki noktasal yükün kuvveti de integral yoluyla bulunur. Bu yük dağılımı doğrusal, alansal ya da hacimseldir. Doğrusal yük dağılımında (telin içindeki yük için ideal yaklaşımdır) bize konumunda, uzunluğuğun sonsuz küçük parçasında, birim uzunluktaki yük miktarını verir.
- .[13]
Alansal yük dağılımında (paralel kondansatörler için ideal yaklaşımdır), bize pozisyonunda, sonsuz küçük alan içinde, birim alandaki yük miktarını verir.
Hacimsel yük dağılımında (mesela hacimsel bir metal kütlede) , bize konumunda, sonsuz küçük hacimde, birim hacimdeki yük miktarını verir.
- [12]
Boşlukta konumundaki küçük test yükü olan yük dağılındaki integral ile bulunur.
Coulomb Kanununu Doğrulayan Basit Deney


||(1 )|
Ve


||(2)|
Eşitlik (1) , eşitlik (2)’ye bölündüğünde:


||(3)|
küreler arasındaki uzaklık, kürelerin birbirine yaptığı itme kuvveti


||(Coulomb Yasası)|
Yani:


||(4)|
Eğer yüklerden birisinin yükünü boşaltırsak ve yüklü olan diğer cisimle biribirine değdirirsek her birinin kazanacağı yük olacaktır. Denklik durumuna göre, olacaktır ve aralarında itme kuvveti ise:


||(5)|
olduğunu biliyoruz. Ve:
Eşitlik (4) , eşitlik (5)’e bölündüğünde:


||(6)|
Uygulamada, açıların ölçülmesi zordur. Eğer halatları boyları yeteri kadar uzun olursa, açı aşağıdaki yaklaşımlardaki sonuç gibi küçük olacaktır:


||(7)|
Eşitlik (6) kullanılarak daha basit bir sonuç elde edilecektir:


||(8)|
Sonsuz küçük sürattaki yayılmanın geçici delili
2012’nin sonunda, INFN’nin deneycileri, elektron demeti ile algıçlar arasındaki kuvvetin yayılmasında gecikme olmadığını gösterdi. Deney sonucun doğruluğunun kanıtlanması halen beklenmesine rağmen, Aberasyon Coulomb yasasında geçerli olmadığını gösterdi.
Elektrostatik Yaklaşım
Coulomb yasasının geçerli olma koşulları, yüklerin hareketsiz kalması ve çok yavaş hareket etmeleridir. Bu koşullar elektrostatik yaklaşım olarak bilinir. Hareket yer aldığı zaman, iki yükün oluşturduğu kuvveti manyetik alan değiştirir.
Atomik Kuvvet
Coulomb yasası, atomun çekirdeğindeki pozitif yük ile elektronlardaki negatif yük arasındaki kuvveti de tanımlamaktadır. Bu yasa genel olarak, molekülleri oluşturan atomlar arasındaki kuvvet, sıvı ile katı formundaki maddeleri oluşturan atomlar ve moleküller arasındaki kuvveti açıklar. İyonlar arasındaki uzaklık arttıkça, çekim enerjisi sıfıra yaklaşır. Farklı işaretli yüklerin büyüklükleri arttıkça enerji artar.