COULOMB KANUNU
Coulomb Kanunu Nedir? - Coulomb Kanununun Tarihçesi - Coulomb Sabiti
Coulomb ile birlikte elektrik teorisinin nicel yanı gelişmeye başlamıştır. Fransız mühendis ve fizikçi Charles Augustin de Coulomb 1780'lerde Fransa'nın ulusal fizik laboratuarı diyebileceğimiz bir kuruluşta çalışmakta ve optik aletlerin,pusulaların ve benzeri gereçlerin yapımını denetlemekteydi. Bir görevide her iki yada üç yüz yılda bir olduğu gibi pusulanın daha gelişmiş bir duruma getirilmesi için ne yapılabileceğinin saptanmasıydı.(O tarihte pusulada Gilbert'in zamanından beri hiç bir değişiklik yapılmamıştır.) Coulomb pusulayla ilgilenmeye başladıktan sonra bu konuda aslında kimsenin fazla bir şey bilmediğini,pusulanın nasıl çalıştığını ve ne gibi kuvvetlerden etkilendiğinin henüz tam olarak anlaşılmamış bulunduğunu gördü. O güne dek kimse bu kuvvetleri ölçmeyi düşünmemişti.Gerçekte Coulomb'un uzmanlık alanı bundan tamamen farklıydı. Donanmaya ait malzemenin denetiminden sorumlu kişi olarak görevi kabloların, demir çubukların ve buna benzer çeşitli malzemenin sağlamlığını ölçmekti ve bu ölçümlerden biri de bu gibi nesnelerin burulma durumundaki direncini (torsiyon) saptamaya yönelikti. Burulmakta olan bir demir çubuğun hangi noktada kırılacağını saptamaya yönelikti. Burulmakta olan bir demir çubuğun hangi noktada kırılacağını saptamaya yarayan burumölçeri (torsiyometre) yapan Coulomb bir süre sonra bu yolla herhangi bir türdeki kuvvetin de ölçülebileceğini düşünmüş ve burulumölçeri bu yönde geliştirmiştir. Çok küçük kuvvetlerin şaşmaz biçimde ölçülmesini sağlayan bu aletle elektrostatik ve manyetik çekim ve itimlerin uzaklığın karesi ile ters orantılı olduğunu, yani Coulomb yasasını ortaya koyan Coulomb manyetik kutupların ve elektrik yüklerinin uçlarda yoğunlaştığını saptamıştı. Gravitasyon, elektrik ve manyetizmden oluşan üç kuvvetin üçü de Coulomb yasası ile uyum gösteriyordu. Coulomb kuvveti,elektrik yüklü parçacıkların ya da nesnelerin birbirini çekmesi ya da itmesidir. Her ikisi de artı ya da eksi olan iki benzer elektrik yükü, merkezlerinden geçen bir doğru boyunca birbirini çeker.Yükler arasındaki elektrik kuvveti etkisi 10e(-16) m'ye kadar ya da atom çekirdeği çapının yaklaşık onda birine kadar olan uzaklıklarda duyurur. Çekirdek içindeki protonlar, artı yüklü olduklarından birbirlerini iterler, ama bir başka temel fiziksel kuvvet olan güçlü etkileşim (çekirdek kuvveti) elektrik kuvvetinden daha güçlü olduğundan, çekirdek dağılmayarak yapısını korur. Gezegenler ve yıldızlar gibi kütlesi çok büyük olan ama elektrik yükü bulunmayan gökcisimlerini güneş sistemlerinde ve gökadalarında tutan temel fiziksel kuvvet ise kütleçekimidir.Her zaman çekme özelliği gösteren bu kuvvet, elektrik kuvvetinden çok daha zayıf olmakla birlikte etkisini büyük uzaklıklarda duyurur. Bu aşırı örneklerin dışında kalan uzaklıklarda, örneğin günlük yaşamın alışılmış uzaklıklarında önem taşıyan tek fiziksel kuvvet elektrik kuvveti ile bu kuvvetin, magnetik de içeren çeşitli türleridir Elektrik kuvvetinin (F) büyüklüğü, bir elektrik yükü (Q1) ile öteki elektrik yükü (Q2) çarpımına doğru orantılı ve bunların merkezleri arasındaki uzaklığın (r) karesiyle ters orantılıdır. Coulomb kanunu olarak adlandırılan bu bağıntı, orantı sabiti k ile tamamlanmış olur. Burada k, Coulomb sabitidir. Coulomb ,deneyleriyle r nin üssünün, yüzde birkaç belirsizlikle iki olduğunu gösterebildi .Modern deneylerle üs 109 basamağında bir kesinlikle 2 olarak verilmiştir k sabitinin değeri birim sistemine bağlıdır.Q1 , Q2, r ve F gibi fiziksel büyüklükler, Coulomb kanunundan bagımsız olarak ölçülürler. SI birimler sisteminde yük birimi Coulombdur.(C).Coulomb,akım birimi amper cinsinden tanımlanır. Akım ise yük akış hızını belirtir. Bir teldeki akım 1A ise,telin bir noktasından 1s de geçen yük miktarı 1C dur.
SI birimlerinde k Coulomb sabitinin değeri: k=8.9875.109 N/m2c2 k sabiti k=1/4pe0 olarak da yazılabilir. Burada e0 sabiti boş uzayın permitivitesi (elektriksel geçirgenliği ) olup değeri e0 = 8.8542.10-12 C2/Nm2 dir.
Doğada bilinen en küçük yük birimi , elektron veya proton yükünün büyüklüğü : e =1.60219.10-12 C dir. Buna göre 1C yük , 6.3.1018 elektron yüküne (yani 1/e) denktir. 1C oldukça fazla bir yük miktarıdır. Lastik veya cam bir çubuğun sürtmeyle yüklendiği elektrostatik deneylerinde 10-6 (=mc) basamağında net bir yük elde edilir. Başka bir deyişle, mevcut toplam yükün ancak çok az bir kısmı, çubuk ile sürtünen cisim arasında geçiş yapar. Coulomb yasası, yalnızca nokta yükler veya parçacıklara tam olarak uygulanabilir. q2 üzerindeki q1 den ileri gelen F21 kuvveti, vektörel olarak Formül ekleşeklinde belirtilebilir. Sl birimler sisteminde kuvvet birimi (N) dur. İkiden fazla yük bulunduğunda, herhangi bir yük çifti arasındaki kuvvet yukarıdaki eşitlikle verilir. Buna göre yüklerden herhangi biri üzerine etkiyen bileşke kuvvet, öteki her bir yükten ileri gelen kuvvetlerin vektörel toplamına eşittir. Elektrostatik kuvvetlere uygulanan bu üstüste binme ilkesi, deneysel olarak gözlenmiş bir olgudur. Şayet sistem ikiden fazla elektrik yükü içeriyorsa, her bir çift için Coulomb kanunu ayrı ayrı uygulanır.
Örneğin sistem q1, q2, q 3 ... yüklerinden oluşuyorsa, q1 üzerine etki eden kuvvet q1 ile diğer yüklerin oluşturduğu kuvvetlerin toplamına eşittir.
q1'e etki eden kuvvet F1 = F12 + F13 + F14 + ... şeklindedir.
Coulomb Kanunu Nedir? - Coulomb Kanununun Tarihçesi - Coulomb Sabiti
Coulomb ile birlikte elektrik teorisinin nicel yanı gelişmeye başlamıştır. Fransız mühendis ve fizikçi Charles Augustin de Coulomb 1780'lerde Fransa'nın ulusal fizik laboratuarı diyebileceğimiz bir kuruluşta çalışmakta ve optik aletlerin,pusulaların ve benzeri gereçlerin yapımını denetlemekteydi. Bir görevide her iki yada üç yüz yılda bir olduğu gibi pusulanın daha gelişmiş bir duruma getirilmesi için ne yapılabileceğinin saptanmasıydı.(O tarihte pusulada Gilbert'in zamanından beri hiç bir değişiklik yapılmamıştır.) Coulomb pusulayla ilgilenmeye başladıktan sonra bu konuda aslında kimsenin fazla bir şey bilmediğini,pusulanın nasıl çalıştığını ve ne gibi kuvvetlerden etkilendiğinin henüz tam olarak anlaşılmamış bulunduğunu gördü. O güne dek kimse bu kuvvetleri ölçmeyi düşünmemişti.Gerçekte Coulomb'un uzmanlık alanı bundan tamamen farklıydı. Donanmaya ait malzemenin denetiminden sorumlu kişi olarak görevi kabloların, demir çubukların ve buna benzer çeşitli malzemenin sağlamlığını ölçmekti ve bu ölçümlerden biri de bu gibi nesnelerin burulma durumundaki direncini (torsiyon) saptamaya yönelikti. Burulmakta olan bir demir çubuğun hangi noktada kırılacağını saptamaya yönelikti. Burulmakta olan bir demir çubuğun hangi noktada kırılacağını saptamaya yarayan burumölçeri (torsiyometre) yapan Coulomb bir süre sonra bu yolla herhangi bir türdeki kuvvetin de ölçülebileceğini düşünmüş ve burulumölçeri bu yönde geliştirmiştir. Çok küçük kuvvetlerin şaşmaz biçimde ölçülmesini sağlayan bu aletle elektrostatik ve manyetik çekim ve itimlerin uzaklığın karesi ile ters orantılı olduğunu, yani Coulomb yasasını ortaya koyan Coulomb manyetik kutupların ve elektrik yüklerinin uçlarda yoğunlaştığını saptamıştı. Gravitasyon, elektrik ve manyetizmden oluşan üç kuvvetin üçü de Coulomb yasası ile uyum gösteriyordu. Coulomb kuvveti,elektrik yüklü parçacıkların ya da nesnelerin birbirini çekmesi ya da itmesidir. Her ikisi de artı ya da eksi olan iki benzer elektrik yükü, merkezlerinden geçen bir doğru boyunca birbirini çeker.Yükler arasındaki elektrik kuvveti etkisi 10e(-16) m'ye kadar ya da atom çekirdeği çapının yaklaşık onda birine kadar olan uzaklıklarda duyurur. Çekirdek içindeki protonlar, artı yüklü olduklarından birbirlerini iterler, ama bir başka temel fiziksel kuvvet olan güçlü etkileşim (çekirdek kuvveti) elektrik kuvvetinden daha güçlü olduğundan, çekirdek dağılmayarak yapısını korur. Gezegenler ve yıldızlar gibi kütlesi çok büyük olan ama elektrik yükü bulunmayan gökcisimlerini güneş sistemlerinde ve gökadalarında tutan temel fiziksel kuvvet ise kütleçekimidir.Her zaman çekme özelliği gösteren bu kuvvet, elektrik kuvvetinden çok daha zayıf olmakla birlikte etkisini büyük uzaklıklarda duyurur. Bu aşırı örneklerin dışında kalan uzaklıklarda, örneğin günlük yaşamın alışılmış uzaklıklarında önem taşıyan tek fiziksel kuvvet elektrik kuvveti ile bu kuvvetin, magnetik de içeren çeşitli türleridir Elektrik kuvvetinin (F) büyüklüğü, bir elektrik yükü (Q1) ile öteki elektrik yükü (Q2) çarpımına doğru orantılı ve bunların merkezleri arasındaki uzaklığın (r) karesiyle ters orantılıdır. Coulomb kanunu olarak adlandırılan bu bağıntı, orantı sabiti k ile tamamlanmış olur. Burada k, Coulomb sabitidir. Coulomb ,deneyleriyle r nin üssünün, yüzde birkaç belirsizlikle iki olduğunu gösterebildi .Modern deneylerle üs 109 basamağında bir kesinlikle 2 olarak verilmiştir k sabitinin değeri birim sistemine bağlıdır.Q1 , Q2, r ve F gibi fiziksel büyüklükler, Coulomb kanunundan bagımsız olarak ölçülürler. SI birimler sisteminde yük birimi Coulombdur.(C).Coulomb,akım birimi amper cinsinden tanımlanır. Akım ise yük akış hızını belirtir. Bir teldeki akım 1A ise,telin bir noktasından 1s de geçen yük miktarı 1C dur.
SI birimlerinde k Coulomb sabitinin değeri: k=8.9875.109 N/m2c2 k sabiti k=1/4pe0 olarak da yazılabilir. Burada e0 sabiti boş uzayın permitivitesi (elektriksel geçirgenliği ) olup değeri e0 = 8.8542.10-12 C2/Nm2 dir.
Doğada bilinen en küçük yük birimi , elektron veya proton yükünün büyüklüğü : e =1.60219.10-12 C dir. Buna göre 1C yük , 6.3.1018 elektron yüküne (yani 1/e) denktir. 1C oldukça fazla bir yük miktarıdır. Lastik veya cam bir çubuğun sürtmeyle yüklendiği elektrostatik deneylerinde 10-6 (=mc) basamağında net bir yük elde edilir. Başka bir deyişle, mevcut toplam yükün ancak çok az bir kısmı, çubuk ile sürtünen cisim arasında geçiş yapar. Coulomb yasası, yalnızca nokta yükler veya parçacıklara tam olarak uygulanabilir. q2 üzerindeki q1 den ileri gelen F21 kuvveti, vektörel olarak Formül ekleşeklinde belirtilebilir. Sl birimler sisteminde kuvvet birimi (N) dur. İkiden fazla yük bulunduğunda, herhangi bir yük çifti arasındaki kuvvet yukarıdaki eşitlikle verilir. Buna göre yüklerden herhangi biri üzerine etkiyen bileşke kuvvet, öteki her bir yükten ileri gelen kuvvetlerin vektörel toplamına eşittir. Elektrostatik kuvvetlere uygulanan bu üstüste binme ilkesi, deneysel olarak gözlenmiş bir olgudur. Şayet sistem ikiden fazla elektrik yükü içeriyorsa, her bir çift için Coulomb kanunu ayrı ayrı uygulanır.
Örneğin sistem q1, q2, q 3 ... yüklerinden oluşuyorsa, q1 üzerine etki eden kuvvet q1 ile diğer yüklerin oluşturduğu kuvvetlerin toplamına eşittir.
q1'e etki eden kuvvet F1 = F12 + F13 + F14 + ... şeklindedir.
