A Coulomb-törvény a fizikában két pontszerű elektromos töltés közti elektromos kölcsönhatásból származó erő nagyságát és irányát adja meg. A törvényt Charles Augustin de Coulomb francia fizikus igazolta kísérleti úton, torziós mérleggel végzett mérések segítségével. A töltött testek között fellépő erőhatást Coulomb-erőnek nevezzük. Két azonos előjelű töltés taszítja, két különböző előjelű töltés vonzza egymást.
Coulomb-erő vákuumban
Vákuumban két pontszerű elektromos töltés ( és ) között ható erő nagysága egyenesen arányos a két töltés szorzatával és fordítottan arányos a közöttük lévő távolság négyzetével.
Skaláris alakban
Coulomb megfogalmazásában , ahol a két töltés között fellépő erő, és a töltések nagysága, a töltések közti távolság, a Coulomb-féle arányossági tényező, értéke ≈ 8,988·109 Nm2C-2.
A értékét szokás
alakban is felírni. Az itt szereplő a vákuum permittivitása (dielektromos állandója), értéke . Vektoriális alakban
Ha a pontszerű töltés a koordináta-rendszer origójában, a töltés pedig az helyvektorral meghatározott pontban található, akkor a töltésre ható erővektort az erő nagyságának és az irányú egységvektornak a szorzataként kapjuk:
.
Coulomb-erő szigetelő anyagokban (dielektrikumokban)
Ha a két töltés között valamilyen szigetelő anyag (dielektrikum) található, akkor a szigetelőben mérhető erő nagysága a vákuumban mérhető erőnél kisebb. A két erő hányadosa az adott szigetelőre jellemző állandó. Ezt a hányadost az adott anyag relatív permittivitásának (relatív dielektromos állandójának) nevezzük. Jele , képlettel: .
A fenti képletből és a Coulomb-törvény vákuumra vonatkozó alakjából a szigetelőanyagban fellépő erő nagysága kifejezhető: .
Egy szigetelőanyag relatív permittivitásának és a vákuum permittivitásának szorzatát az adott anyag permittivitásának (dielektromos állandójának) nevezzük, jele . Képlettel: .
Ezek alapján a szigetelőanyagban fellépő Coulomb-erő nagysága: .
Megjegyzések A Coulomb-törvény most tárgyalt alakjai gömb alakú testekre is érvényesek, ha az elektromos töltés egyenletesen oszlik el rajtuk. Ilyenkor a képletekben a gömbök középpontjának távolságát, illetve a töltésű gömb középpontjából a töltésű gömb középpontjába mutató vektort jelenti. A Coulomb-törvényhez hasonló a és mágneses pólusok között fellépő (magnetosztatikus) erőhatás mértékét megadó képlet:
ahol a két mágneses pólus között fellépő erő, és a mágneses töltések nagysága, a töltések közti távolság, a közeg mágneses permeabilitása.
Jegyzetek
Források
ifj. Zátonyi Sándor: Fizika 10. Nemzeti Tankönyvkiadó, Bp. 2009. Bérces Gy., Erostyák J., Klebniczki J., Litz J., Pintér F., Raics P., Skrapits L., Sükösd Cs., Tasnádi P.: A fizika alapjai, Nemzeti Tankönyvkiadó 2009
További információk Fizikakönyv.hu – Coulomb törvénye
Kategória:Elektrosztatika