Ligji i Kulonit

Artikulli kryesor: Ligji i Kulombit

Në vitin 1995 Stjuart Kulon përcaktoi eksperimentalisht, me anë të balancës me torsien shprehjen analitike të forcës së bashkëveprimit të ngarkesave elektrike pikësore, në prehje, që njihet si Ligji i Kuloni

( në figurë  A dh B janë sferat e ngarkuara, që bashkëveprojnë ).

Ngarkesën elektrike do ta konsiderojmë pikësore, në qoftë se përmasat e trupit të ngarkuar, në problemin që studiohet, nuk i marrim parasysh. Shprehja matematike e këtij ligji është:

F =r ( 1 )

Pra: Forca, me të cilën bashkëveprojnë dy ngarkesa pikësore, në prehje, a) është proporcionale me madhësinë e ngarkesave, b) invers proporcionale me katrorin e largësisë midis tyre dhe c) ka drejtimin e drejtëzës që bashkon këto ngarkesa. Eksperimenti tregon se forca e Kulonit varet edhe nga mjedisi ku ndodhen ngarkesat. Për të njëjtat kushte, kjo forcë arrin vlerën më të madhe, kur ngarkesat ndodhen në boshllëk. = 8.85 10-12 dhe quhet konstante elektrike.

Nga formula (1) konkludohet se: a)kur ngarkesat kanë shënjë të njëjtë ( q1q2>0 ) F ka drejtimin dhe kahun e r. Bashkëveprimi ka karakter shtytës ( fig. 5/a ). b)kur ngarkesat kanë shënjë të kundërt ( q1q2<0 ) F ka kah të kundërt me r. Bashkëveprimi ka karakter tërheqës (fig.5/b) . Bashkëveprimi i ngarkesave i bindet ligjit të tretë të Njutonit. Ligji i Kulonit ka vënd për distanca nga 10-16 deri në 108m. Në praktikë ne kemi të bëjmë me trupa të ngarkuar, përmasat e të cilëve nuk mund t’i neglizhojmë. Shtrohet pyetja: si mund të zbatohet ligji i Kulonit në këtë rast? Për këtë mendojmë eksperimentin e mëposhtëm ( fig. 6 ): Supozojmë se kemi tre ngarkesa pikësore q1, q2, q3. Matim forcën, me të cilën q2 vepron mbi q1( të vendosur, p. sh. 10 cm larg q2 ), kur q3 është shumë larg. Pas kësaj, çojmë q2 shumë larg. Në pikën, ku ndodhej q2, vendosim q3. Matim forcën, me të cilën q3 vepron mbi q1. Së fundi q2 dhe q3 i vendosim pothuajse në të njëjtën pikë, 10 cm larg q1. Matjet tregojnë që forca e ushtruar mbi q1 është e barabartë me shumën e forcave në dy rastet e para. Konkluzioni: forca me të cilën bashkëveprojnë dy ngarkesa nuk varet nga prania e një ngarkese të tretë. Kjo eshte baza e parimit të superpozimit, parim të cilin ne do ta përdorim shpesh në studimin e elektromagnetizmit: Një sistem ngarkesash pikësore q1, q2...qi...qn ushtron mbi ngarkesën pikësore q një forcë të barabartë me shumën vektoriale të forcave që ushtron secila ngarkesë e sistemit mbi të:

F = Fi ( 2 )

Duke u mbështetur në këtë parim, mund të llogarisim forcën e bashkëveprimit midis dy trupave të ngarkuar. Kjo forcë do të jetë e barabartë me shumën vektoriale të forcave, me të cilat elementët e njërit trup ( të cilët janë aq të vegjël, sa që mund të konsiderohen si ngarkesa pikësore ) veprojnë mbi të gjithë elementët e trupit tjetër. Në këtë mënyrë kufijtë e zbatimit të ligjit të Kulonit zgjerohen. Problemi i dytë që shtrohet është: nëqoftëse në boshllëk kemi një sistem ngarkesash elektrike në prehje, a mbeten ato në prehje? Tregohet se: ekuilibri i një konfiguracioni elektrostatik ngarkesash është i pamundur. Prandaj tablloja e ngarkesave të palëvizshme në boshllëk, në konditat e bashkëveprimit elektrostatik, është një idealizim. Si shëmbull të një bashkëveprimi të ngarkesave elektrike pikësore, në prehje, mund të japim bashkëveprimin e joneve në një rrjetë kristaline. P. sh. në kristalin e klorurit të natriumit NaCl, jonet pozitive të Na+ dhe jonet negativë të Cl- janë vendosur sipas një rregulli të caktuar, në mënyrë të alternuar ( fig.7 ).

Natyrisht jonet nuk janë ngarkesa pikësore, por ato kanë një shpërndarje pothuajse sferike të ngarkesës. Prandaj forcat e bashkëveprimit kulonian midis tyre janë të njëjta me ato midis ngarkesave pikësore ekuivalente, sikur ato të vendoseshin në qëndër të tyre. Bashkëveprimi elektrostatik midis ngarkesave të rrjetës luan një rol të rëndësishëm në qëndrueshmërinë dhe kohezionin e kristaleve jonike. Por, siç theksuam më sipër, një sistem ngarkesash në prehje nuk mund të jetë në ekuilibër të qëndrueshëm vetëm nën veprimin e forcave kuloniane. Ky ekuilibër sigurohet me anë të forcave me natyrë kuantike. Pra ekzistojnë dy tendenca të kundërta: forcat kuloniane, që synojnë t’i afrojnë ( largojnë ) ngarkesat me shënjë të kundërt ( të njëjtë ) dhe forcat me natyrë kuantike, që synojnë t’i largojnë ( afrojnë ) ato.Keto jane te gjitha qe i di