Coulomb Yasası nedir? Formülü ve çözümlü örnek

Coulomb Yasası nedir, elektriksel kuvvet nasıl hesaplanır?

Soru: Coulomb Yasası nedir, elektriksel kuvvet nasıl hesaplanır?
Kısa Cevap: Coulomb Yasası, noktasal elektrik yükleri arasındaki elektrostatik kuvveti açıklar. Kuvvetin büyüklüğü F = k|q₁q₂|/r² bağıntısıyla hesaplanır. Aynı işaretli yükler birbirini iter, zıt işaretli yükler birbirini çeker.
Detaylı Cevap: İki yük arasındaki elektriksel kuvvetin büyüklüğü, yük büyüklüklerinin çarpımıyla doğru; aralarındaki uzaklığın karesiyle ters orantılıdır. Ortamın elektriksel özelliği de kuvveti etkiler. Kuvvetler, yükleri birleştiren doğru boyunca etki eder.

Coulomb Yasası’nın formülü

F = k|q₁q₂|/r²

F: Elektriksel kuvvetin büyüklüğü, birimi newtondur (N).
q₁ ve q₂: Yük miktarları, birimi coulombdur (C).
r: Noktasal yükler arasındaki uzaklık, birimi metredir (m).
k: Ortama bağlı Coulomb sabitidir.

Boşlukta k yaklaşık 9 × 10⁹ N·m²/C² alınır. Hava için de okul düzeyindeki hesaplarda genellikle bu yaklaşık değer kullanılır.

Yükler ve uzaklık kuvveti nasıl etkiler?

Diğer koşullar değişmiyorsa yüklerden biri iki katına çıkarıldığında kuvvet iki katına çıkar. İki yük de iki katına çıkarılırsa kuvvet dört katına çıkar.

Uzaklık iki katına çıkarıldığında kuvvet dörtte birine iner. Uzaklık yarıya indirilirse kuvvet dört katına yükselir.

Bu ilişkileri elektriksel kuvvet etkinliğindeki örnek hesaplamalarla karşılaştırabilirsiniz.

Örnek soru ve çözümü

Soru: +2 μC ve +3 μC noktasal yükler arasında 30 cm uzaklık vardır. k = 9 × 10⁹ N·m²/C² için birbirlerine uyguladıkları kuvveti bulunuz.

Kısa Cevap: Yükler birbirine 0,6 N büyüklüğünde itme kuvveti uygular.

Çözüm: Önce birimler dönüştürülür: q₁ = 2 × 10⁻⁶ C, q₂ = 3 × 10⁻⁶ C ve r = 0,30 m.

F = (9 × 10⁹ × 2 × 10⁻⁶ × 3 × 10⁻⁶)/(0,30)² = 0,054/0,09 = 0,6 N.

İki yük de pozitif olduğundan etkileşim itme şeklindedir.

Büyük yük küçük yüke daha büyük kuvvet mi uygular?

Hayır. Yük miktarları farklı olsa da birbirlerine uyguladıkları kuvvetler eşit büyüklükte ve zıt yönlüdür. Bunlar farklı cisimlere etki eden etki-tepki kuvvetleridir.

Coulomb Yasası hangi koşullarda kullanılır?

Bağıntı, elektrostatik durumda noktasal yükler için kullanılır. Cisimlerin boyutları aralarındaki uzaklığa göre yeterince küçükse noktasal yük yaklaşımı yapılabilir. Büyük veya düzensiz yük dağılımlarında bütün yükü tek noktada toplamak her zaman doğru değildir.

Kuvvetin alan üzerinden açıklanmasını elektriksel alanın yönü ve büyüklüğüyle ilgili çalışmada inceleyebilirsiniz.

Elektriksel kuvvet: Yük, uzaklık ve Coulomb Yasası örnekleri