Anasayfa / netbilgi / BiliyorMuydunuz / Coulomb Yasası Nedir? Coulomb Yasası Konu Anlatımı

Coulomb Yasası Nedir? Coulomb Yasası Konu Anlatımı

Önemli bir fizik kanunu olan Coulomb yasası, elektrik yüklü tanecikler arasındaki elektrostatiği açıklamaktadır.  1785’te Fransız fizikçi Charles Augustin de Coulomb tarafından yayınlanmıştır.

Coulomb’un Burulma Terazisi

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 .
A graphical representation of Coulomb's law

(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

İki cisimin yüklerinin işaretleri eğer aynı ise birbirlerini iterler,eğer farklıysa birbirlerini çekerler.

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.

  1. Yükler, noktasal yük olmalıdır.
  2. Yükler birbirlerine göre hareketsiz olmak zorundadır.

Kuvvetin mutlak değeri  iki notasal yük  ve  arasındaki uzaklık ve yüke bağlıdır. Aynı işaretliler birbrini iter, farklı işaretliler birbirini çeker.

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 

Coulomb yasasının grafiksel gösterimi.

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  

Coulomb yasasını basit bir deneyle doğrulamak mümkündür. İki küçük küre düşünelim. Kütlesi  olsun, yükleri ise aynı işaretli ve  olsun.  uzunluğunda ve kütlesi ihmal edilen iki halattan sarkıtılmış olsunlar. Her bir küre üzerine etki eden kuvvet üç tanedir bunlar: Ağırlık , halat gerilimi  ve elektrik kuvvvettir . Denge konumundan:
(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.


Göz Atın!

Zeytinin ve Zeytinyağının Faydaları ile Ekonomiye Katkısı Nedir?

Ülkemizde dünya zeytin yağı üretiminin %7 si yapılmaktadır. Bunun %2 lik kısmı bizlerin tüketimine yetmektedir.  Türkiye Akdeniz ikliminin hakim olduğu   Yunanistan, Tunus İtalya ve İspanya gibi ülkelerle beraber dünyanın en önemli  zeytin ve zeytinyağı üreticisidir.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir