Prawo Coulomba

Prawo Coulomba dotyczy oddziaływania pomiędzy dwoma punktowymi ładunkami elektrycznymi. Głosi ono, że siła z jaką ładunki oddziałują na siebie jest wprost proporcjonalna do ich iloczynu i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości pomiędzy nimi. Ładunki o przeciwnych znakach przyciągają się, natomiast ładunki jednoimienne odpychają.

 
gdzie: F – siła Coulomba, q₁, q₂ – wartości ładunków, r – odległość pomiędzy ładunkami.

Aby w powyższej zależności móc postawić znak = , do wzoru należy wprowadzić dodatkową stałą k (współczynnik proporcjalności), która jest równa:

 
gdzie: ε₀ – przenikalność elektryczna próżni (wielkość stała), ε – przenikalność dielektryczna ośrodka, w którym znajdują się ładunki.

W przypadku, gdy ładunki znajdują się w próżni (dla której ε = 1), zamiast stałej k trzeba wprowadzić stałą k₀, która jest równa:

 
Uwzględniając powyższe zależności, można prawo Coulomba zapisać w następującej postaci:

Prawo Coulomba – przykład 1.

Jak zmieni się wartość siły Coulomba pomiędzy dwoma jednakowymi ładunkami elektrycznymi, jeżeli:
a)    wartość każdego z nich zwiększymy trzykrotnie,
b)    odległość pomiędzy nimi zmniejszymy dwukrotnie?

Dane:                                        Szukane:
q₁ = q₂ = q                                    F’/F = ?
q’= 3q
r’ = r/2

Rozwiązanie:
a)    na początku ładunki oddziałują na siebie siłą równą  , po zmianie ich wartości ta siła będzie równa  , stąd:

 
Siła wzrośnie dziewięciokrotnie.

b)    po zmniejszeniu odległości pomiędzy ładunkami siła będzie równa  , więc:

 
Siła wzrośnie czterokrotnie.

Prawo Coulomba – przykład 2.

Znajdź wartość oddziaływania pomiędzy składnikami atomu wodoru wiedząc, że jego promień wynosi r = 0,5•10^-10m. Załóż, że ładunki są punktowe i znajdują się one w próżni.

Rozwiązanie:
Atom wodoru zbudowany jest z protonu, stanowiącego jego jądro i krążącego wokół niego elektronu. Obydwie cząstki posiadają ładunek elementarny (e) i mają przeciwne znaki, więc przyciągają się one siłą równą: