חוק קולון – הכוח החשמלי בין מטענים

הגדרה מילולית

חוק קולון מתאר את הכוח החשמלי הפועל בין שני מטענים נקודתיים. הכוח יכול להיות משיכה (אם המטענים מנוגדים) או דחייה (אם הם זהים), והוא תלוי בגודל המטענים ובמרחק ביניהם.

הנוסחה הפיזיקלית

הכוח בין שני מטענים נקבע לפי:

$$ F = k \cdot \frac{q_1 \cdot q_2}{r^2} $$

• \( F \) — עוצמת הכוח החשמלי (ניוטון)
• \( q_1, q_2 \) — גודלי המטענים (בקולון)
• \( r \) — המרחק בין המטענים (מטר)
• \( k \) — קבוע קולון: \( 8.99 \times 10^9 \, N \cdot m^2 / C^2 \)

עקרונות חשובים

• הכוח פועל לאורך הקו המחבר בין המטענים.
• כוח חשמלי הוא גודל וקטורי – יש לו גם כיוון.
• ככל שהמטענים חזקים יותר והמרחק קטן יותר – הכוח גדל.
• סימן הכוח תלוי בסימן המטענים: הפוך בסימן → משיכה, זהה בסימן → דחייה.

השוואה עם כוח גרביטציה

כוח קולון וכוח הכבידה דומים במבנה שלהם. כוח הגרביטציה בין שתי מסות מבוסס על אותו סוג נוסחה:

$$ F_g = G \cdot \frac{m_1 m_2}{r^2} $$

שני החוקים תלויים ביחס הפוך לריבוע המרחק (\( 1/r^2 \)), ושניהם פרופורציונליים למכפלת שני הגדלים (מטענים או מסות).

דוגמה חישובית

נניח שני מטענים:

$$ q_1 = 2 \times 10^{-6} \ C, \quad q_2 = -3 \times 10^{-6} \ C, \quad r = 0.05 \ m $$

חישוב הכוח:

$$ F = \frac{8.99 \times 10^9 \cdot |2 \times 10^{-6} \cdot (-3 \times 10^{-6})|}{(0.05)^2} = 21.57 \ N $$

הכוח הוא משיכה – כי המטענים מנוגדים בסימנם.