Nhà Vật Lý Culong

Charles Augustin Coulomb (sinh ngày 14 tháng 7 năm 1738 – mất ngày 23 tháng 8 năm 1806) là nhà vật lý Pháp. Ông sinh tại thành phố Angoulême, xứ Pháp. Ông chọn ngành kỹ sư quân sự tại đồn Bourbon, Martinique và đã phục vụ 3 năm đến khi phải giải ngủ vì lý do sức khoẻ . Khi ra khỏi cuộc sống quân ngũ, ông đi làm ở La Rochelle, thuộc đảo Aix và Cherbourg. Ông khám phá ra quy luật liên hệ giữa diện tích và bình phương khoản cách, Về sau quy luật này được đặt theo tên ông là luật Coulomb.

Đến năm 1781 ông thường trú tại Paris. Trong cuộc bùng khởi cách mạng năm 1789 ông từ chức về hưu sống tại ngôi nhà nhỏ ở Blois. Trong thời gian đó, có lần ông được triệu về lại Paris để tham gia việc nghiên cứu về đo lường của chính phủ cách mạng. C.A.Coulomb được Học Viện quốc gia thời ấy cho làm hội viên đầu tiên và đến năm 1802 được chỉ định làm Tổng Thanh Tra . Nhưng sức khỏe ông quá kém và bốn năm sau Coulomb đã qua đời tại Paris. C.A.Coulomb đã nổi tiếng trong nền khoa học cơ khí, điện năng và từ trường. Ông phát hành một quyển sách quan trọng nói về quy luật ma sát vào năm 1779 với đề tựa là "Théorie des machines simples, en ayant égard au frottement de leurs parties et à la roideur des cordages". Và 20 năm sau những ghi chép về tính kết dính đã đựoc viết dựa trên những quy luật này.

Trong năm 1784 Ông có đăng trong cuốn Hàn Lâm Viện Khoa Học (số 229-269) một nghiên cứu về "Lý thuyết và khảo nghiệm sự đàn hồi biến dạng của kim loại" (Recherches théoriques et expérimentales sur la force de torsion et sur l'élasticité des fils de metal).Những bài viết này miêu tả những hình thái khác nhau của chiếc cân xoắn Coulomb. Ông đã rất thành công trong việc dùng dụng cụ đo lường quan sát về sự phân bố điện tích trên mặt vật thể , qui luật vế điện năng và từ trường và những lý thuyết toán học mà ông được coi là cha đẻ của chúng.

Trong năm 1785 Coulomb đả đưa ra 3 trình án về Điện Năng và Từ Trường:
- Premier Mémoire sur l’Electricité et le Magnétisme, (Hàn Lâm Viện Khoa Học, số 569-577, năm 1785). Trong đây ông diễn giải cách : "Làm thế nào để tạo ra và sử dụng 1 chiếc cân xoắn dựa trên đặc tính của sơi dây kim loại có lực xoắn đàn hồi tỉ lệ với góc quay". Ông cũng cho ra quy luật giải thích về "Ảnh hưởng hỗ trợ của hai dòng điện cùng loại"

- Sécond Mémoire sur l’Electricité et le Magnétisme, (Hàn Lâm Viện Khoa Học, số 578-611, năm 1785). Trong đây ông nói về "Cách áp dụng quy luật vế điện năng và từ trường thuận nghịch (hút và đẩy).

- Troisième Mémoire sur l’Electricité et le Magnétisme, (Hàn Lâm Viện Khoa Học số 612-638, năm 1785) nói về "Điện năng hao hụt theo thời gian vì ảnh hưỡng của không khí ẩm hay vì tính chất ít dẫn điện".

Ông Coulmb nói về quy luật hút và đẩy giữa các điện tích và cực từ trường mặc dù ông không thể giải thích sự liên hệ giửa của hai lực đó. Ông cho rằng sự hút và đẩy đó là do hai dòng điện lực khác nhau.

Đơn vị của điện tích trong hệ SI, Coulomb (C), và quy luật Coulomb đã được đặt ra theo tên của ông.



Định luật Coulomb

Giữa 1785 và 1787, Culông Charles Augustine de nhà vật lý Pháp thực hiện một loạt những sự thí nghiệm liên quan đến những điện tích, và dần dần thiết lập Định Luật Culông. Theo luật này, lực Giữa Hai điện tích xuyên tâm, vuông góc với nhau, và cân đối đối với kết quả của sự tích nạp. Hai điện tích giống nhau đẩy nhau, trong khi Hai điện tích không giống nhau hút nhau. Giả thiết Hai điện tích đó, q1and q2, được đặt tại những vectơ vị trí r1 và r2. Lực điện lên điện tích thứ 2 được viết:

Một lực bằng và đối nhau tác động lên điện tích thứ nhất, dưa theo định luật Newton 3. Đơn vị của điện tích là (C) culông. Cường độ của điện tích lên trên Một electron là 1.6022 x 10 ^- 19 C. Hằng số chung (E)được gọi là hằng số điện môi của không gian trống:

Định luật Cu-lông Có hình thức toán học giống như luật hấp dẫn của Newton. Giả thiết rằng hai khối lượng, m1 và m2 được đặt tại những vectơ vị trí r1 Và r2. Lực hấp dẫn lên vật khối thứ hai được viết
Hằng số hấp dẫn có giá trị
Định luật của Cu-lông và Newton đều là định luật về những lực vuông góc

Tuy nhiên, cả 2 khác nhau ở hai điểm Quan trọng .Trước hết, lực vủa trọng lực luôn luôn hấp dẫn . Hai là, những sự tcường độ của hai lực rấtkhác nhau. xét tỷ lệ của lực điện trường và lực hấp dẫn tác động lên hai vật. Tỷ lệ này là một hằng số, không phụ thuộc vào những vị trí tương đối của các vật, và được cho Bởi

Đối với electron, tỉ lệ giữa điện tích và khối luợng là

Định luật Coulomb phát biểu rằng: lực tương tác giữa hai điện tích điểm có phương nằm trên một đường thẳng nối hai điện tích điểm, có chiều là chiều của lực hút nếu hai điện tích điểm cùng dấu và đẩy nếu hai điện tích điểm khác dấu, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích các điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.Chiếc cân xoắn do Coulomb chế tạo đã giúp ông đo đựơc chính xác lực tương tác điện và thành lập nên mối quan hệ này.

Độ lớn của lực được tính theo công thức:
phuong trinh

* F là độ lớn của lực Coulomb, đo bằng N trong SI
* q1 là điện tích của điện tích điểm thứ nhất, đo bằng C trong SI
* q2 là điện tích của điện tích điểm thứ hai, đo bằng C trong SI
* r là khoảng cách giữa hai điện tích điểm, đo bằng m trong SI
* k là hằng số vật lý (còn gọi là hằng số lực Coulomb) thường được biểu diễn là với là độ điện thẩm chân không. Giá trị các hằng số này là:

* k ≈ 8 987 742 438 F−1·m (hay C−2·N·m2)
* ≈ 8.854 × 10−12 F·m−1 (hay C2·N−1·m−2)

Công thức trên cũng có thể được viết ở dạng véc-tơ

với:

* là véc-tơ lực
* là véc-tơ nối hai điện tích điểm được tính theo:

ở đây: và là các véc-tơ vị trí của các điện tích điểm.

Vì độ lớn điện tích q có thể là âm hoặc dương nên định luật Coulomb cho rằng lực tương tác có thể là lực hút hoặc lực đẩy.

Định luật Coulomb là một trong các định luật vật lý thể hiện lực giảm theo bình phương khoảng cách, giống định luật hấp dẫn Newton. Hằng số lực Coulomb lớn hơn nhiều lần hằng số hấp dẫn (G) trong SI nên lực Coulomb có độ lớn gấp nhiều lần độ lớn lực hấp dẫn.

Định luật Coulomb chỉ đúng khi lực Coulomb được quan sát trong hệ quy chiếu trong đó các điện tích điểm đứng yên. Khi các điện tích chuyển động, các điện tích gây ra dòng điện, tạo nên từ trường theo định luật Ampere, và tương tác với nhau theo lực Lorentz. Tương tác lúc này có thể coi là tương tác trong điện trường tương đối tính như miêu tả bởi thuyết tương đối của Albert Einstein.

Có thể nói Coulomb nổi tiếng nhất với định luật mang tên ông. Định luật Coulomb mô tả sự phụ thụôc của lực tuơng tác giữa các điện tích điểm vào khoảng cách giữa chúng. Năm 1785, ông viết một bài báo mô tả cân xoắn. Bài báo này mở đầu cho một chuỗi 7 bài báo ông viết về đề tài điện và từ học. Cân xoắn giúp ông đưa ra những tính toán chính xác hơn về lực tuơng tác so với những nguời đi truớc ông. Một vài nhà nghiên cứu khác cũng có những nghiên cứu tuơng tự về điện tích như Henry Cavendish, Joseph Priestly và Charles Stanhope. Thực ra Henry Cavendish bằng thực nghiệm cũng đã tìm ra rằng lực tuơng tác điện là khoảng trong cùng thời gian đó. Tuy nhiên Cavendish chưa bao giờ công bố những kết quả hay thí nghiệm của ông, vì thế mãi đến năm 1879 James Maxwell mới tìm ra điều này. Trong khi đó những nghiên cứu của Priestly về lực đẩy của điện là tiền đề cho những nghiên cứu của Coulomb.
Lực tĩnh điện tổng quát
Để tính lực tĩnh điện giữa hai vật mang điện tích, có thể chia các vật ra thành nhiều vật nhỏ hơn. Nếu phép chia tiến đến một giới hạn nào đó, vật nhỏ mang điện sẽ trở thành các điện tích. Khi đó có thể áp dụng nguyên lý chồng chất cho lực tĩnh điện (hay còn gọi là nguyên lý tác dụng độc lập).
Lực tĩnh điện do N điện tích điểm gây ra bằng tổng vectơ của lực tĩnh điện do từng điện tích điểm gây ra.

Có thể định nghĩa môi trường xung quanh một vật mang điện là điện trường. Khi một vật khác nằm trong môi trường này, lực tĩnh điện vật đó sẽ chịu là:
F = q E

với q là điện tích của vật đó và E là cường độ điện trường của điện trường.