Opisz i omów prawo Coulomba. Porównaj prawo Coulomba z prawem grawitacji.

Prawo Coulomba określa wartość siły elektrostatycznej działającej między dwoma ładunkami. Głosi, że siła wzajemnego oddziaływania dwóch naładowanych cząstek jest wprost proporcjonalna do iloczynu wartości tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Jest to podstawowe prawo elektrostatyki.

Prawo to można przedstawić za pomocą wzoru:
f=kq1q2/rr

w którym:
- F - siła wzajemnego oddziaływania dwóch ładunków elektrycznych,
- Q1 , Q2 - ładunki elektryczne,
- R - odległość między ładunkami,
- k - współczynnik proporcjonalności

Jeżeli ładunek wyrazimy w kulombach, odległość w metrach, a siłę w niutonach, to współczynnik k w przypadku ciał oddziaływających na siebie w próżni będzie miał wartość

Ponieważ siła wzajemnego oddziaływania ładunków zależy od rodzaju ośrodka, dlatego w prawie Coulomba umieszcza się dodatkowy współczynnik charakteryzujący ośrodek, w którym się ciała znajdują. Współczynnik ten nosi nazwę przenikalności elektrycznej i oznaczony jest symbolem є (epsilon). Dla próżni jego wartość wynosi

W innych ośrodkach i współczynnik wyraża się zależnością gdzie jest liczbą bez jednostki miary, informującą, ile razy współczynnik przenikalności elektrycznej i danego ośrodka jest większy od przenikalności elektrycznej próżni. Liczbę tę nazywa się względną przenikalnością elektryczną lub stałą dielektryczną.

Stałe dielektryczne różnych ośrodków znajdziesz w tablicach fizycznych.

Z prawa Coulomba wynika m.in., że:
- Im większy ładunek będą posiadały przedmioty, tym między nimi będzie większa siła; także im większa odległość będzie między przedmiotami, tym mniejsza siła będzie między nimi.
- Jeśli stykają się z sobą dwa naładowane przedmioty o takiej samej pojemności, dzielą między siebie ładunek po równo. Dla przykładu załóżmy, że jeden przedmiot ma ładunek +4 kulombów, a drugi +8 kulombów. Kiedy się zetkną, ładunek będzie przepływał od 8-kulombowego obiektu do 4-kulombowego, dotąd aż oba przedmioty osiągną ładunek +6 kulombów. Jeżeli pierwotnie obydwa przedmioty posiadały by ładunek +6 kulombów, między nimi nie przepłynąłby żaden ładunek.

Oddziaływanie elektrostatyczne może być dwojakiego rodzaju:
- przyciągające – gdy ładunki są różnoimienne
- odpychające – gdy ładunki są jednoimienne

Prawo Coulomba jest bardzo podobne do prawa powszechnego ciążenia Newtona.
Najistotniejsze podobieństwo to:
- wyrażają one dwa analogiczne prawa przyrody. Prawo powszechnego ciążenia mówi o oddziaływaniach związanych z masą, natomiast prawo Coulomba o oddziaływaniach ciał (mających oczywiście masę) obdarzonych ładunkiem. Może się jednak zdarzyć, że oba rodzaje oddziaływań wystąpią równocześnie
- obie siły (co do wartości) maleją proporcjonalnie do wzrostu kwadratu odległości
- obie siły są proporcjonalne do iloczynu własności obu ciał
- grawitacyjne do iloczynu mas
- elektrostatyczne do iloczynu ładunków
- obie siły (a właściwie pola) są potencjalne (inaczej mówiąc zachowawcze)

Występują jednak również pomiędzy nimi zasadnicze różnice Polegają one na tym, że:
- prawo powszechnej grawitacji Newtona dotyczy wszelkich ciał. Wszystkie ciała mają bowiem masę niezerową. Prawo oddziaływań elektrostatycznych Coulomba dotyczy tylko ciał posiadających niezerowy ładunek elektryczny lub takich, które mają ładunki elektryczne rozmieszczone sferycznie i symetrycznie
- siły grawitacji są zawsze siłami przyciągania. Siły Coulomba mogą zarówno przyciągać dwa ciała jak i je odpychać od siebie. Zależy to od ładunku tych ciał. Jeżeli ładunki tych ciał są różnoimienne (jeden ładunek jest dodatni, a drugi ujemny) to ciała te będą się wzajemnie przyciągać. W przeciwnym wypadku (oba ładunki są dodatnie albo oba są ujemne) ciała te będą się wzajemnie odpychać.