تطبيقات حياتية على قانون كولوم

كتابة: ابتسام مهران آخر تحديث: 26 يناير 2021 , 09:24

نبذة عن العالم كولوم

يُعد العالم الفيزيائي الفرنسي والمهندس شارل دي كولوم هو صاحب الكثير من الاكتشافات في مجال الكهرباء والمغناطيسية ، كما أنه صاحب نظرية كولوم التي تم تسميتها باسمه ، ولد العالم كولوم في 14 يونيو عام 1736 م، في فرنسا في أنغوليم،وكان والده المحامي هنري كولوم ، ووالدته هو كاترين باجيت وهما من عائلة ارستقراطية كانت معروفة في انغوليم ، ثم بعد ذلك انتقل إلى باريس، وبدأ العالم شارل دي كولوم الرياضيات ، وفي سنة 1759 م قام بالالتحاق بالمدرسة العسكرية ، وتخرج بعدها من كلية الهندسة الملكية في مزيريس في سنة 1761 م .

قد عمل العالم كولوم في بداية حياته المهنية في مجال التصميم الهيكلي وميكانيكا التربة ، ولقد اشرف العالم كولوم على بناء حصن تم تصنيعه من الخشب الكامل وذلك في عام 1779 م ، في مدينة روشفورت الموجودة في فرنسا ، وذلك ساعده على إجراء الأبحاث حول الاحتكاك وصلابة الحبال ، وقد قام حينها بإعداد نظرية الآلات البسيطة ، والتي حصل عن هذه النظرية على المركز الأول وذلك في مسابقة أكاديمية العلوم .

وكذلك قد قام العالم كولوم بكتابة سبعة أوراق ولقد تناول فيها العديد من الجوانب المتعددة من دراسات علم الكهرباء والمغناطيسية وذلك في الفترة ما بين  1785 و1791م ، والتي أصبحت معروفة الآن باسم قانون كولوم (بالإنجليزية : Coulomb’s Law) ، وينص قانون كولوم على أنَّ القوة الموجودة بين شحنتين كهربائيتين تتناسب تناسب طردياً مع ناتج الشحنتين ، وتتناسب تناسب عكسياً مع مُربع المسافة بينهما، وقد توفي العالم كولوم  في باريس في 23 أغسطس عام 1806 م . [1]

قانون كولوم

يتم التعبير عن قانون كولوم بالصيغة الرياضية التالية:[٢] (ق = ك* ش1 *ش2)/ ف2 حيث إن ق ترمُز للقوة الكهربائيَّة المُتبادلة بين الشُحنات ، و ش1 عبارة عن قيمة الشحنة الأولى ، وش2 عبارة عن قيمة الشحنة الثانية ، و ك عبارة عن قيمة ثابتة وتُساوي (1/4* π* ε0) و ε0 و تُقرأ أبسيلون (بالإنجليزية: epsilon) ، وهي قيمة السماحية في الفراغ وقيمتها 8.854 × 10-12 كولوم 2 نيوتن -1 متر -2 ، ومنها فإن قيمة الثابت ك تُساوي 9 × 109 نيوتن متر2 /كولوم2 ويعتبر هذا القانون من أهم قوانين الغازات.[2]

القوة الكهربائية

تقاس القوة الكهربائية بوحدة النيوتن ، وهي عبارة عن كمية مُتجَّهة ويتم التعبير عنها بِمقدار واتجاه القوة ، ويعتمد اتجاه القوة الكهربائيَّة على نوع الشحنة التي تخص الجسم ، حيث إذا كان الجسم ذو شحنة مُوجبة وأثَّر عليه جسم آخر ذو شحنة موجبة فإن الجسمان يتنافران .

و كذلك إذا كان الجسم سالب الشحنة ، والجسم الآخر الذي يؤثر عليه أيضاً سالب الشحنة  فسوف يتنافران أيَّ أنَّهما سيتواجهان في اتجاهان مُتعاكسان ، وإذا كان الجسم موجب الشحنة وأثَّر عليه جسم سالب الشحنة ، أو إذا كان الجسم سالب الشحنة  وأثَّر عليه جسم آخر موجب الشحنة  فإنَّ الجسمان سوف يتجاذبان أيَّ أنَّهما يتجهان باتجاه بعضهما البعض ، وبناءً على ذلك يُمكننا تلخيص أهم خصائص القوة الكهربائيَّة فيما يلي :

  • الشحنات التي تتشابه مع بعضها تتنافر، والشحنات المُختلفة سوف تتجاذب ، والتجاذُب أو التنافُر يحدث على طول الخط المُستقيم الواقع بين الشُحنات ،  و يتناسب حجم القوة الكهربائيَّة تناسب عكسي مع مربع المسافة بين الشُحنتين ، وبناءً على ذلك إذا تم تضاعفت المسافة بين الشحنتين، فإنَّ قوة التجاذب أو التنافر سوف تُصبِح أضعف بمقدار أربع مرات من القيمة الأصليَّة ، وفي حال لو أصبحت الشحنة أقرب بِمقدار 10 مرات ، فإنَّ القوة الكهربائيَّة سوف تزيد بمقدار 100 مرة .
  • حجم القوة الكهربائية يتناسب مع قيمة كل شحنة من الشُحنات ، وتُقاس الشحنات بوحدة الكولوم ، فإذا كانت إحدى الشحنات موجبة مقدارها 1 كولوم ، وكانت الشحنة الثانية موجبة أيضاً ومقدارها 0.2 كولوم ، فإنهما سوف يتنافران بقوة يكون مقدار القوة مُعتمد على ناتج الضرب 0.2 × 0.1 ، وفي حال لو تمَّ تقليص قيمة الشحنتين بِمقدار النِّصف ، سوف تقل قوة التنافُر بمقدار الربع عن قيمتها الأصلية .

تطبيقات حياتية على قانون كولوم

يتم الاستفادة من قانون كولوم عمليا وذلك من خلال :

  • الطلاء الإلكتروستاتيكي (بالإنجليزية: electrostatic painting) ، وهو عبارة عن طلاء يتم استخدامه غالباً للدراجات .
  • كذلك يستخدم في طابعات الليزر (بالإنجليزية : laser printers) ، وهي طابعات الحِبر النَّفاث (بالإنجليزية : inkjet printers) .
  • يستخدم كذلك في عملية التصوير بالأشعة السينية (بالإنجليزية : xerography process).

أهمية الغازات في حياتنا

أهمية الغازات في حياتنا اليومية كبيرة جدًا حيث أنه بدون الغازات يستحيل العيش على الأرض حيث أنها لا غنى عنها للحياة على كوكب  الأرض ، وبدونها تكون الأرض هامدة .

يعتبر غاز ثاني اكسيد الكربون (CO2) وغاز الأكسجين (O2) من أهم الغازات الموجودة على الكوكب والتي تعيش عليها الكائنات الحية ، حيث يعد غاز ثاني أكسيد الكربون أمرًا حيويًا ومهماً للاستخدام بواسطة النباتات حيث تستخدم النباتات غاز ثاني اكسيد الكربون في عملية التمثيل الضوئي ، وتستخدم أيضاً النباتات غاز  ثاني أكسيد الكربون والماء ، وذلك لتحويل طاقة الشمس إلى طاقة غذائية ، تكون هذه الطاقة الغذائية موجودة على شكل جزيئات من سكر الجلوكوز (C6H12O6) ، وتقوم النباتات أيضًا بانتاج غاز الاكسجين O2 ، وتعتبر عملية التمثيل الضوئي التي تقوم بها النباتات هي المسئولة عن كل الأكسجين الموجود حاليًا في الغلاف الجوي تقريبًا .[3]

يمكن الاستفادة من الغازات في العديد من الأمور ، حيث تقوم الغازات بحماية كوكب الأرض من بعض الاشعة الضارة فهي تمنع وصول الاشعة فوق البنفسجيّة التي تشكل خطر كبير على صحة ، وحياة جميع الكائنات الحية ، كذلك يعتبر الغلاف الجوي عبارة عن درع واقي يحيط بالكرة الأرضية من جميع الاتجاهات واي ضرر قد يحدث فيه سوف يعرض حياتنا للخطر .

خصائص الغازات

تتعدد خصائص الغازات حيث أنه للغازات ثلاثة من الخصائص المميزة وهي :

  1. سهولة انضغاط الغازات .
  2. تملء الغازات الإناء الحاوي لها وتأخذ شكله .
  3. تشغل مساحة أكبر من السوائل او المواد الصلبة التي قد تتكون منها .

تتميز أيضا الغازات بخاصية الانضغاطية ، فعلي سبيل المثال محرك الاحتراق الداخلي يكون مثال جيد على السهولة التي يمكن من خلالها ضغط الغازات ، وفي المحركات النموذجية رباعية الاشواط يتم سحب المكبس اولا من الأسطوانة ، وذلك لخلق فراغ جزئي، والذي يقوم بسحب خليط من بخار البنزين والهواء إلى داخل الأسطوانة ، وبعد ذلك يُدفع المكبس إلى الأسطوانة ، وذلك لضغط خليط البنزين / الهواء إلى جزء صغير من حجمه الأصلي .[3]

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق