חוק קולון

• חשמל ומגנטיות
• חשמל ומעגלים
• 5 דקות קריאה

איך מחשבים את הכוח בין שני מטענים, מה אומר קבוע קולון, ולמה הכוח קטן פי ארבעה כשמכפילים את המרחק — עם תרגיל פתור וסרטון.

התשובה בקצרה

חוק קולון מחשב את הכוח בין שני מטענים חשמליים נקודתיים:

1. הכוח גדל ככל שהמטענים גדולים יותר.
2. הכוח קטן מהר ככל שהמרחק גדל — לפי ריבוע המרחק.
3. מטענים זהים דוחים, שונים מושכים, אבל הגודל מחושב באותה נוסחה.

למי זה מיועד: חוק קולון נלמד בתחילת פרק החשמל בתיכון. כדאי להכיר קודם אלקטרוסטטיקה.

הנוסחה של חוק קולון

שארל אוגוסטין דה קולון מדד במאה ה־18 את הכוח בין גופים טעונים, ומצא נוסחה שדומה להפליא לחוק הכבידה של ניוטון: הכוח פרופורציוני למכפלת המטענים, ויורד עם ריבוע המרחק ביניהם.

הקבוע בנוסחה גדול מאוד, ומכאן מסקנה חשובה: הכוח החשמלי חזק בהרבה מכוח הכבידה. בין שני אלקטרונים, הדחייה החשמלית גדולה מהמשיכה הכבידתית ביניהם פי 4 ואחריו 42 אפסים, בערך.

בתרגילים המטענים כמעט תמיד קטנים מאוד, ולכן הם נתונים בקידומות. לפני שמציבים בנוסחה, ממירים אותם לקולון:

יחידה	סימון	בקולון
מילי־קולון	mC	10⁻³ C
מיקרו־קולון	μC	10⁻⁶ C
ננו־קולון	nC	10⁻⁹ C
פיקו־קולון	pC	10⁻¹² C

לדוגמה, 2 מיקרו־קולון הם 2 · 10⁻⁶ C‏.

תרגיל פתור

הנתונים: שני מטענים, 2 מיקרו־קולון ו־3 מיקרו־קולון, נמצאים במרחק 0.3 מטר זה מזה. שניהם חיוביים.
השאלה: מה גודל הכוח ביניהם, ולאיזה כיוון הוא פועל?

1. ממירים מיקרו־קולון לקולון — כל אחד הוא מיליונית: q₁ = 2 · 10⁻⁶ , q₂ = 3 · 10⁻⁶
2. מציבים בנוסחה: F = 9 · 10⁹ · (2 · 10⁻⁶ · 3 · 10⁻⁶) / 0.3²
3. מחשבים: F = 9 · 10⁹ · 6 · 10⁻¹² / 0.09 = 0.6

התשובה: הכוח הוא 0.6 ניוטון. שני המטענים חיוביים, ולכן הם דוחים זה את זה — הכוח על כל אחד מכוון החוצה. F = 0.6 N

למה המרחק כל כך משמעותי

המרחק מופיע בנוסחה בריבוע, ובמכנה. זה אומר שההשפעה שלו חזקה בהרבה מזו של המטענים. אם מרחיקים את המטענים פי 2, הכוח קטן פי 4. פי 3 — קטן פי 9. פי 10 — קטן פי 100.

מהנוסחה הזו נגזר גם השדה החשמלי: כשמחלקים את הכוח באחד המטענים, מקבלים תיאור של ההשפעה שהמטען השני יוצר בכל נקודה במרחב.

איפה רואים את זה בחיים

• בלון שנדבק לקיר

  המשיכה בין הבלון הטעון לקיר היא בדיוק הכוח שחוק קולון מחשב.

• ברק

  הפרש המטענים בין הענן לקרקע יוצר כוחות עצומים על המטענים באוויר, עד שהם נעים בבת אחת.

• האטום שלכם

  מה שמחזיק את האלקטרונים סביב הגרעין הוא כוח קולון בין המטען השלילי לחיובי.

שאלות נפוצות

מה ההבדל בין חוק קולון לחוק הכבידה?

המבנה זהה — מכפלה חלקי ריבוע המרחק. ההבדלים: כוח הכבידה תמיד מושך, והחשמלי יכול גם לדחות; והכוח החשמלי חזק ממנו בהרבה מאוד, ולכן בעולם הזעיר של האטומים הוא זה שקובע.

מה עושים עם הסימנים של המטענים?

בתרגילים רגילים מציבים את הגדלים בלבד, ומחליטים על הכיוון לפי הסימנים: זהים — דחייה, שונים — משיכה. את הכיוון מציינים בתשובה במילים או בשרטוט.

מה קורה כשיש שלושה מטענים?

מחשבים בנפרד את הכוח מכל מטען על המטען שמעניין אותנו, ואז מחברים אותם כוקטורים — לפי הכיוונים, ולא כמספרים רגילים.

חזקות של עשר מפילות אתכם בתרגיל?

בקורס החשמל והמגנטיות כל נושא מוסבר בסרטון, עם תרגילים פתורים לאורך הדרך — כולל כל שלב בחישוב. משלמים פעם אחת, והקורס נשאר אצלכם.

לקורס החשמל והמגנטיות

או מתחילים בחינם: ספר החשמל והמגנטיות, להורדה