وحدة قياس ثابت كولوم وتعريفه وأمثلة عليه

أجرى العالم الفرنسي شارل كولوم كثيراً من التجارب المختلفة في محاولة منه لتحديد علاقة رياضية ثابتة قادرة على حساب الشحنات والقوى المتبادلة بين الأجسام المشحونة. ولقد توصل هذا العالم في نهاية المطاف إلى علاقة فعّالة، أطلق عليها فيما بعد اسم “علاقة كولوم”. حيث تساعد هذه العلاقة العلماء الآن في تحديد القوى المتبادلة بين الأجسام المشحونة بشكل سهل وسريع. فضلاً عن ذلك، تم نسب الثابت الذي أوجده هذا العالم إليه، باسم ثابت كولوم. وخلال سطور هذا المقال سوف نقوم بالتحدث وحدة قياس ثابت كولوم، كما سنذكر لك أيضاً بعض المعلومات المهمة الأخرى عنه. تابع معنا القراءة لتعرف المزيد من التفاصيل حول هذا الموضوع.

وحدة قياس ثابت كولوم | ما هو ثابت كولوم

يتم قياس القوة التي تنتقل بين الأجسام أو الجسيمات المشحونة بواحدة النيوتن، حيث تكون هذه القوة عنصراً ذو اتجاه. أي أنها لا تمتلك قيمة معينة فقط، وإنما يكون لها أيضاً اتجاه معين خاص بها. ولكي تتمكن من معرفة وحدة قياس ثابت كولوم، يجب عليك أولاً أن تعرف مفهوم قانون كولوم وثابت كولوم. إذ يعبر قانون كولوم عن العلاقة بين شحنات الأجسام المشحونة والمسافة بينها. حيث تتناسب القوى المتبادلة بين الأجسام بشكل طردي مع الشحنة، أي أنه كلما زادت الشحنة زادت القوى التي تنتقل بين الأجسام. كما أنها تتناسب بشكل عكسي مع المسافة بينها، أي أنها كلما زادت المسافة بين الجسيمات، نقصت القوى التي تنتقل، وهكذا.

ويتم التعبير عن هذا القانون بالشكل الرياضي التالي:

القوة الكهربائية المنتقلة = ثابت كولوم * (شحنة الجسم الأول Q1 * شحنة الجسم الثاني Q2) / مربع المسافة بين الجسمين D^2

وحدة قياس ثابت كولوم | كم تبلغ قيمة هذا الثابت

تبلغ قيمة ثابت كولوم  ^[1] بشكل عام عدداً ثابتاً، وهذا العدد هو: 8.99 * 10^9. كما أن الواحدة الخاصة به هي نيوتن*متر مربع/كولوم مربع. وبشكل عام، تم الحصول على قيمة هذا الثابت عن طريق العلاقة التالية (قانون غاوس): 1/4πε0. ويساعد هذا الثابت في تحديد قيمة القوة التي تنتقل بين الأجسام المشحونة بشكل عام. وذلك باستخدام شحنة الجسم الأول وشحنة الجسم الثاني، بالإضافة إلى مربع المسافة الموجودة بينهما.

وحدة قياس ثابت كولوم في قانون كولوم

أما بالنسبة إلى وحدة قياس ثابت كولوم، فإنها نيوتن * متر مربع / كولوم مربع، كما ذكرنا لك سابقاً.

وحدة قياس ثابت كولوم | العوامل التي تؤثر على الثابت

في الواقع، لا يتغير ثابت كولوم تحت تأثير أي عامل خارجي على الإطلاق. وذلك لأنه ثابت فيزيائي يساعد على حساب كمية القوة التي تنتقل بين الأجسام المشحونة. أي أنه ذو قيمة معينة، لا يمكن أن تتغير. ولكن في حال كنت ترغب بمعرفة العوامل التي تؤثر على علاقة كولوم بشكل عام، فإنها تكون على الشكل التالي:

• الشحنة الخاصة بالجسم الأول: كما ذكرنا لك سابقاً، تدخل شحنة الجسم الأول في بسط علاقة كولوم الرياضية العامة. بالتالي كلما زادت هذه الشحنة، تزيد قيمة العلاقة. بالتالي فإن العلاقة بين الشحنة للجسم الأول والقوة التي تنتقل بين الأجسام المشحونة هي علاقة طردية.
• الشحنة الخاصة بالجسم الثاني: أما بالنسبة لشحنة الجسم الثاني، فإن علاقتها بالقانون مماثلة تماماً لعلاقة الشحنة الخاصة بالجسم الأول. أي أنها ترتبط بشكل طردي مع القوة التي تنتقل بين الأجسام المشحونة في علاقة كولوم العامة
• المسافة بين الجسمين: في حال قمت بقراءة العلاقة الرياضية لثابت كولوم، ستلاحظ بأن المسافة موجودة في مقام العلاقة. أي أنها تتناسب بشكل عكسي مع كمية القوة التي تنتقل بين الأجسام المشحونة. بالتالي في حال زادت المسافة بين الأجسام، فإن القوة التي تنقل بينها تكون أقل، وهكذا.

وحدة قياس ثابت كولوم | كيفية الحصول على ثابت كولوم

لقد ذكرنا لك سابقاً أنه تم الحصول على ثابت كولوم عن طريق علاقة غاوس، ويكون ذلك عن بتطبيق الخطوات التالية:

• بشكل عام، يفترض قانون غاوس وجود شحنة كهربائية موجبة تدعى Q+ في الفضاء، لها نصف قطر قيمته R. كما أنها ضمن المجال الكهربائي E
• علماً بأن كافة الشحنات الموجودة ضمن المجال الكهربائي الواحد تمتلك نفس الحجم والاتجاه، بالإضافة إلى المساحة نفسها، التي يتم التعبير عنها ب dS
• يفترض القانون أيضاً مرور تدفق كهربائي في مساحة الجسم Φ ، بحيث يتم التعبير عنه بتكامل المجال الكهربائي E مضروباً بمساحة الجسم الموجود ضمن هذا المجال dS
• وبما أن شكل الجسم كروي (فرضاً)، بالتالي فإن مساحته هي 4πr2. ومنه تصبح العلاقة بالشكل التالي : Φ = E(4πR2)
• ونحن نعلم أن Φ = Q/ε0 ، وذلك من قانون غاوس الخاص بالكهرباء الساكنة
• ولهذا يمكن أن نستنتج أن E(4πR2) = q/ε0
• وبتقسيم طرفي هذه العلاقة على مساحة الجسم (4πR2) ، تصبح كما يلي : E= Q/4πR2ε0
• وبافتراض وجود شحنة نقطية Q0 أخرى ضمن المجال الكهربائي E نفسه، عندها يمكن قياس القوة F ضمن المجال بالعلاقة التالية : F=Q*E
• وفي حال قمنا باستبدال قيمة E بالقيمة التي حصلنا عليها في السابق، تصبح العلاقة : F=Q0Q /4πε0R2
• وعن طريق إعادة ترتيب هذه العلاقة، يمكننا أن نحصل على العلاقة التالية : F= (1/4πε0) × Q0Q/R2
• وبناءً على العلاقة الأخيرة، يمكننا أن نستنتج أن قيمة ثابت كولوم هي 1/4πε0، والتي تبلغ تقريباً 9 * 10^9
• علماً بأن وحدة قياس ثابت كولوم الناتج هذا هي نيوتن * متر مربع / كولوم مربع

أمثلة على ثابت كولوم

يرمز إلى ثابت كولوم بالرمز K أو Ke أو حتى K0 في بعض الحالات، ويتم استخدام هذا الثابت في علاقة كولوم لحساب القوى المنتقلة بين الأجسام المشحونة. ومن أبرز الأمثلة على هذا القانون:

• إضافة المواد إلى الماء وخلطها: بشكل عام، يتم قياس قابلية ذوبان أي مادة في الماء عن طريق حساب قطبية هذه المادة. بالتالي يتم الاعتماد على قانون كولوم للقوى المنتقلة بين الأجسام هنا، ويدخل فيه ثابت كولوم طبعاً. مثل إضافة الزيت إلى الماء، أو إضافة الملح إلى الماء
• التصاق بالون بجدار: من أبرز الأمثلة على قانون كولوم وثابت كولوم وعلى الكهرباء الساكنة بشكل عام هو التصاق البالون بالجدار. حيث يمكنك أن تقوم بتجربة هذه العملية بسهولة، وذلك عن طريق فرك البالون بقطعة من القماش، ومن ثم تقريبه من الجدار. وما يحدث هنا أن فرك البالون بقطعة القماش ساعده على توليد شحنات سالبة على السطح الخارجي له، وبما أن شحنة الجدار غالباً ما تكون موجبة، تحدث قوى جذب بين الجسمين
• شحن قضيب زجاجي أو بلاستيكي: يمكن تنفيذ هذه التجربة بسهولة، وهذا عن طريق حك قضيب من الزجاج أو البلاستيك (يمكن هنا استخدام المشط) بقطعة من القماش، ويفضل أن تكون من الصوف. ومن ثم قم بتقريب هذا القضيب إلى قطع صغيرة من الورق، وستلاحظ انجذاب هذه القطع إليه. والتفسير العلمي لهذه الظاهرة بسيط جداً، وهو قوى الجذب بين الجسمين، بسبب امتلاك كل شحنة شحنة مختلفة عن الجسم الآخر

 

وهنا نكون قد وصلنا إلى نهاية مقال اليوم، حيث قمنا فيه بالتحدث عن وحدة قياس ثابت كولوم، بالإضافة إلى تعريف هذا الثابت، وطريقة الحصول عليه. كما ذكرنا لك أيضاً بعض الأمثلة والتطبيقات العملية التي يمكن إجرائها بسهولة داخل المنزل، والتي يدخل فيها ثابت كولوم وقانون كولوم. لا تنسى أن تقوم بزيارة موقعنا بشكل مستمر لقراءة المزيد من المقالات المفيدة الأخرى، التي تتحدث عن الثوابت العلمية والفيزيائية والكيميائية.

اقرأ أيضاً من موقعنا:

مقارنة متكاملة بين الفلزات واللافلزات