Fyzika a Coulombův zákon, definice a jednotka Coulomb

Coulombův zákon: Odvození Coulombova zákona a používané jednotky

Coulombův zákon říká, že dva náboje v klidu se navzájem přitahují nebo odpuzují stejně velikými elektrickými silami opačného směru a jejich velikost je přímo úměrná součinu velikosti nábojů Q1 a Q2 a nepřímo úměrná druhé mocnině jejich vzdálenosti r. Tolik definice.

Formálně můžeme Coulombův zákon vyjádřit vztahem

F = k × [(Q1 × Q2) / r²]

Toto formální vyjádření Coulombova zákona je prakticky stejné jako vyjádření zákona gravitačního, jehož je určitou analogií. Narozdíl od gravitačního zákona může ale výsledná síla v případě Coulombova zákona nabývat jak kladných, tak i záporných hodnot. Je-li F > 0 pak hovoříme o odpudivé síle, je-li F < 0 pak hovoříme o síle přitažlivé.

Čtěte také: Coulomb, jednotka elektrického náboje

A co je ve výše uvedeném vztahu ono k? Jedná se o konstantu, která je závislá na vlastnostech prostředí. Pro vakuum a přibližně i pro vzduch platí, že

k = 1 / (4 π × ε₀) = 8,987 × 10⁹ N × m^-2 × C^-2

kde ε₀ je permitivita vakua (ε₀ = 8,854 × 10^-12 F × m^-1) a F je Farad. Pro různá prostředí s různými vlastnostmi (a různou permitivitou) platí, že

k = 1 / (4 π × ε)

kde ε = ε₀ × ε_r; ε je permitivita prostředí (dielektrika) a ε_r je relativní permitivita. Ta vyjadřuje, kolikrát je silové působení elektrických nábojů v daném prostředí slabší než ve vakuu. Hodnoty relativní permitivity obvykle nalezneme ve fyzikálních tabulkách. Coulombův zákon můžeme nyní formálně zapsat v podobě

F = (k / ε_r) × (Q1 × Q2) /r²

Coulombův zákon je vyjádřením základní vlastnosti elektrických nábojů, kterou je vzájemná interakce. Ta je ovlivněna tvarem a rozměry nabitých těles a typem prostředí, ve kterém jsou nabitá tělesa umístěna. V obecném případě uvažujeme o dvou bodových nábojích ve vakuu.

Zákon odvodil v roce 1785 francouzský fyzik Charles Auguste de Coulomb (1736 - 1806). Pro svá měření vzájemného působení elektrických nábojů využíval torzních vah. Avšak i s těmito poměrně primitivními prostředky dokázal získat obdivuhodné výsledky. Proto si plným právem zaslouží, aby výše uvedený zákon byl pojmenován po něm. Podobně jako jednotka elektrického náboje Coulomb.

Další související články: