Νόμος του Κουλόμπ

Ο Νόμος του Κουλόμπ που διατυπώθηκε από τον Γάλλο φυσικό Σαρλ Ογκυστέν ντε Κουλόμπ, εκ του οποίου έλαβε και το όνομα, αναφέρεται ομοίως τόσο στον μαγνητισμό όσο και στον ηλεκτρισμό, και είναι αυτός που παρέχει το μέτρο της ασκούμενης κάθε φορά δύναμης μεταξύ δύο ποσοτήτων μαγνητισμού ή ηλεκτρισμού αντίστοιχα.

Μαγνητισμός

Θεωρώντας δύο σημειακές ποσότητες μαγνητισμού m₁ και m₂, είτε νότιες, είτε βόρειες, (ομώνυμες), είτε η μία βόρεια και η άλλη νότια (ετερώνυμες), και ότι βρίσκονται μεταξύ τους σε μια απόσταση r, τότε σύμφωνα με τον "Νόμο του Κουλόμπ":

Το μέτρο της δύναμης (ελκτικής ή απωστικής) που ασκείται μεταξύ των δύο σημειακών ποσοτήτων μαγνητισμού είναι ανάλογο προς το γινόμενο αυτών και αντιστρόφως ανάλογο προς το τετράγωνο της μεταξύ τους απόστασης.

Αυτός ο νόμος εκφράζεται με την μαθηματική σχέση: $F=k{\frac {m_{1}\cdot m_{2}}{r^{2}}}$

όπου: Κ είναι η σταθερά αναλογίας που εξαρτάται τόσο από το μαγνητικό υλικό που υπάρχει μεταξύ των m₁ και m₂, και ονομάζεται "σχετική μαγνητική διαπερατότητα", όσο και από το χρησιμοποιούμενο σύστημα μονάδων. Έτσι για μεν το σύστημα ΗΜΜ ισούται προς 1/μ, όπου μ η σχετική μαγνητική διαπερατότητα του παρεμβαλλομένου μέσου μεταξύ των ποσοτήτων μαγνητισμού και για δε το σύστημα ΜΚSA ισούται με 1/4πμμ_o, όπου μ_o η "απόλυτη μαγνητική διαπερατότητα του κενού".

Ηλεκτρισμός

Μεταξύ φορτισμένων σωματιδίων που βρίσκονται ακίνητα (ή σχεδόν ακίνητα), αναπτύσσονται ηλεκτρικές δυνάμεις που προκαλούνται από αυτά και ονομάζονται ηλεκτροστατικές. Η ηλεκτροστατική δύναμη μεταξύ φορτίων με το ίδιο πρόσημο είναι απωστική, ενώ μεταξύ φορτίων με αντίθετο πρόσημο είναι ελκτική.

Το μέτρο της ηλεκτρικής δύναμης, την οποία ένα σωματίδιο $q_{1}$ ασκεί σε ένα άλλο $q_{2}$, είναι ευθέως ανάλογο προς το γινόμενο των φορτίων τους, και αντιστρόφως ανάλογο προς το τετράγωνο της μεταξύ τους απόστασης $r$.

Η μαθηματική διατύπωση του νόμου του Κουλόμπ είναι η εξής:

$F=k{\frac {|q_{1}|\cdot |q_{2}|}{r^{2}}}$

Η διεύθυνση της δύναμης είναι κατά μήκος της ευθείας που ενώνει τα δύο σωματίδια, ενώ με $k\,$ συμβολίζεται η σταθερά αναλογίας η οποία ονομάζεται και ηλεκτροστατική σταθερά και ισούται με

$k={\frac {1}{4\pi \epsilon _{0}}}\approx -8.988*\;10^{9}{\frac {N\cdot m^{2}}{Cb^{2}}}$ .

Ηλεκτρική απωστική δύναμη που ασκείται από ένα φορτισμένο σωματίδιο Q σε ένα μικρότερο q και από το q στο Q.

Ανεξάρτητα από το πόσο είναι το φορτίο ή η μάζα καθενός από τα $q_{1}$ και $q_{2}$, το μέτρο της δύναμης που ασκεί το πρώτο στο δεύτερο και το μέτρο της δύναμης που ασκεί το δεύτερο στο πρώτο είναι ίσα.

Σύμφωνα με την αρχή της επαλληλίας, όταν τα φορτισμένα σωματίδια είναι παραπάνω από δύο, η ολική δύναμη που δέχεται ένα σωματίδιο είναι το διανυσματικό άθροισμα των δυνάμεων που θα του ασκούσε καθένα από τα υπόλοιπα φορτία ξεχωριστά.

Κάθε φορτισμένο σώμα είναι η αιτία που δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο στο χώρο γύρω από αυτό. Μάλιστα, όταν θέλουμε να διαπιστώσουμε αν υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο σε κάποιο σημείο, τοποθετούμε ένα φορτισμένο σώμα, που αποκαλούμε δοκιμαστικό φορτίο, σε εκείνο το σημείο. Αν στο δοκιμαστικό φορτίο επιδράσει ηλεκτρική δύναμη, τότε γνωρίζουμε πως σε εκείνη την περιοχή υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο.