نبذة عن العالم كولوم
شارل دي كولوم، العالم الفيزيائي والمهندس الفرنسي، هو صاحب اكتشافات عديدة في مجال الكهرباء والمغناطيسية. ويعزى إليه نظرية كولوم التي حملت اسمه. ولد كولوم في 14 يونيو 1736 في أنغوليم، فرنسا، لوالديه هنري كولوم، المحامي، وكاترين باجيت، من عائلة أرستقراطية معروفة في أنغوليم. انتقل لاحقا إلى باريس وبدأ تعلم الرياضيات. في عام 1759، التحق بالمدرسة العسكرية وتخرج من كلية الهندسة الملكية في مزيريس عام 1761 .
في بداية حياته المهنية، عمل العالم كولوم في مجال التصميم الهيكلي وميكانيكا التربة. أشرف كولوم على بناء حصن مصنوع بالكامل من الخشب في عام 1779 في مدينة روشفورت بفرنسا. ساعد ذلك في إجراء أبحاث حول الاحتكاك وصلابة الحبال. وقد قام في ذلك الوقت بتطوير نظرية الآلات البسيطة وحصل على المركز الأول في مسابقة أكاديمية العلو بفضل هذه النظرية .
وكذلك قد قام العالم كولوم بكتابة سبعة أوراق ولقد تناول فيها العديد من الجوانب المتعددة من دراسات علم الكهرباء والمغناطيسية وذلك في الفترة ما بين 1785 و1791م ، والتي أصبحت معروفة الآن باسم قانون كولوم (بالإنجليزية : Coulomb’s Law) ، وينص قانون كولوم على أنَّ القوة الموجودة بين شحنتين كهربائيتين تتناسب تناسب طردياً مع ناتج الشحنتين ، وتتناسب تناسب عكسياً مع مُربع المسافة بينهما، وقد توفي العالم كولوم في باريس في 23 أغسطس عام 1806 م .
قانون كولوم
يتم التعبير عن قانون كولوم بالصيغة الرياضية التالية:[٢] (ق = ك* ش1 ش2)/ ف2 حيث تستخدم الحرف العربي “ق” للإشارة إلى القوة الكهربائية المتبادلة بين الشحنات، والحرف “ش1” يعبر عن قيمة الشحنة الأولى، والحرف “ش2” يعبر عن قيمة الشحنة الثانية، أما الحرف “ك” فيشير إلى ثابت يعرف بـ(1/4 π* ε0) ويقرأ بالإنجليزية “إبسيلون”، وهو ثابت السماحية في الفراغ، وقيمته 8.854 × 10-12 كولوم 2 نيوتن -1 متر -2، ومن هذه المعادلة يمكن حساب ثابت “ك” الذي يساوي 9 × 109 نيوتن متر2 /كولوم2، ويعتبر هذا القانون من أهم قوانين الغازات.
القوة الكهربائية
تتم قياس القوة الكهربائية بوحدة النيوتن، والتي تشير إلى كمية متجهة وتحدد بمقدار واتجاه القوة. ويعتمد اتجاه القوة الكهربائية على نوع الشحنة الموجودة في الجسم، حيث يتنافر جسمان يحملان شحنة موجبة إذا تأثرا ببعضهما البعض .
وعندما يكون الجسم مشحونا سالبا، ويتأثر بجسم آخر أيضا مشحونا سالبا، فإنهما سيتنافران، أي أنهما سيتجاهلان بعضهما في اتجاهين متعاكسين. وإذا كان الجسم مشحونا موجبا وتأثر به جسم سالب الشحنة، أو إذا كان الجسم مشحونا سالبا وتأثر به جسم مشحونا موجبا، فإن الجسمين سيتجذبان، أي أنهما سيتجهان نحو بعضهما البعض. وعلى أساس ذلك، يمكننا تلخيص أهم خصائص القوة الكهربائية على النحو التالي
- الشحنات المتشابهة تتنافر والشحنات المختلفة تتجاذب، وذلك على طول الخط المستقيم بين الشحنات، وحسب القانون الكهروستاتيكي، فإن قوة التجاذب أو التنافر تتناسب عكسيا مع مربع المسافة بين الشحنتين، ولذلك، إذا زادت المسافة بين الشحنتين أربع مرات، فإن القوة ستصبح أضعف بمقدار 16، وإذا قلت المسافة بمقدار 10 مرات، فإن القوة ستزيد بمقدار 100 مرة .
- حجم القوة الكهربائية يتناسب مع قيمة كل شحنة من الشحنات، وتقاس الشحنات بوحدة الكولوم. فإذا كانت إحدى الشحنات إيجابية وقيمتها 1 كولوم، وكانت الشحنة الثانية أيضا إيجابية وقيمتها 0.2 كولوم، فسيحدث تنافر بينهما بقوة يتم حسابها بناء على ضرب 0.2 في 0.1. وإذا تم تقليل قيمة الشحنتين إلى النصف، ستقل قوة التنافر بمقدار الربع من قيمتها الأصلية .
تطبيقات حياتية على قانون كولوم
يتم استغلال قانون كولوم عمليا من خلال
- الطلاء الإلكتروستاتيكي (بالإنجليزية: الطلاء الكهروستاتيكي) هو طلاء يستخدم غالبا للدراجات .
- كذلك يستخدم في طابعات الليزر (بالإنجليزية : طابعات الليزر (laser printers)، وهي طابعات الحبر النفاث (بالإنجليزية: inkjet printers) .
- يستخدم كذلك في عملية التصوير بالأشعة السينية (بالإنجليزية : xerography process).
أهمية الغازات في حياتنا
أهمية الغازات في حياتنا اليومية كبيرة جدا حيث أنه بدون الغازات يصبح العيش على الأرض مستحيلا، إذ أنها ضرورية للحياة على كوكب الأرض، وبدونها تكون الأرض غير حيوية .
يعتبر غاز ثاني أكسيد الكربون (CO2) وغاز الأكسجين (O2) من أهم الغازات الموجودة على الكوكب والتي تعيش عليها الكائنات الحية. إن غاز ثاني أكسيد الكربون ضروري وحيوي للنباتات، حيث يستخدمها النباتات في عملية التمثيل الضوئي، بالإضافة إلى استخدامها لغاز ثاني أكسيد الكربون والماء لتحويل طاقة الشمس إلى طاقة غذائية. تتمثل هذه الطاقة الغذائية في جزيئات الجلوكوز (C6H12O6)، وتنتج النباتات أيضا غاز الأكسجين (O2). إن عملية التمثيل الضوئي التي تقوم بها النباتات هي المسئولة عن إنتاج كل الأكسجين الموجود حاليا في الغلاف الجوي تقريبا .
يمكن استخدام الغازات في العديد من الأمور. فهي تحمي كوكب الأرض من بعض الأشعة الضارة، حيث تمنع وصول الأشعة فوق البنفسجية التي تشكل خطرا كبيرا على صحة جميع الكائنات الحية. كما يعتبر الغلاف الجوي درعا واقيا يحيط بالكرة الأرضية من جميع الاتجاهات، وأي ضرر يحدث فيه سيعرض حياتنا للخطر .
خصائص الغازات
تتميز الغازات بثلاثة خصائص رئيسية، وهي
- سهولة انضغاط الغازات .
- تملأ الغازات الحاوية التي تحتوي عليها وتأخذ شكلها .
- تأخذ مساحة أكبر من السوائل أو المواد الصلبة التي قد تتكون منها .
تتميز الغازات بخاصية الانضغاطية، على سبيل المثال في محرك الاحتراق الداخلي الذي يكون مثالا جيدا على السهولة التي يمكن من خلالها ضغط الغازات. في المحركات النموذجية رباعية الأشواط، يتم سحب المكبس أولا من الأسطوانة لإنشاء فراغ جزئي، والذي يسحب خليطا من بخار البنزين والهواء إلى داخل الأسطوانة، ثم يدفع المكبس الخليط إلى داخل الأسطوانة لضغطه إلى جزء صغير من حجمه الأصلي .