1.2 חוק קולון (4 שעות)

מבוא

באלקטרוסטטיקה, כאשר עוברים מניסויים איכותיים לניסויים כמותיים, נוצרת בדרך כלל בעיה של דליפת מטענים מגופים טעונים בגלל לחות גבוהה באוויר. ניתן להקטין בעיה זו על ידי ביצוע הדגמות (במקום ניסויי תלמידים) בחדר מעבדה ממוזג. הסיכוי להצלחת ההדגמות גדל אם הן נערכות בראשית השיעור (כלומר זמן קצר בלבד אחרי שהתלמידים נכנסו לחדר המעבדה).יש יתרון לביצוע או הדגמה טובה של ניסויים בסיסיים כמו "חוק קולון". אולם, אם תנאי המעבדה אינם מאפשרים זאת, ניתן להדגים את הניסויים באמצעים אחרים, כגון הדמיות או סרטי וידאו.

חוק קולון, המושג "מטען נקודתי", יחידת המטען החשמלי, קיום מטען יסודי (אלמנטרי)

א. יודגש כי חוק קולון הוא 'חוק הכוח' הפועל בין מטענים נקודתיים, בדומה לחוק הכבידה של ניוטון שהוא 'חוק הכוח' הפועל בין מסות נקודתיות. חשוב לציין כי בשני החוקים, הכוח משתנה ביחס הפוך לריבוע המרחק.

ב. המטענים ה'נקודתיים', או המסות ה'נקודתיות', אינם בהכרח זעירים ביותר. מושג הנקודתיות הוא אידיאליזציה, והכוונה היא לגופים או לחלקיקים שממדיהם קטנים מאוד ביחס למרחק המפריד ביניהם. אם מטענים אינם נקודתיים, אך התפלגותם במרחב אחידה וכדורית, אפשר להתייחס אליהם כאל מטענים נקודתיים המצויים במרכזי הכדורים.

ג. בניסוי 'חוק קולון', יש להסביר שניתן לקבוע את גודל הכוח כתלות בכמויות המטען (ו-), גם אם לא מכירים עדיין שיטה למדידה ישירה של כמויות מטען. עושים זאת בעזרת רעיון החלוקה השווה של מטענים - מטעמי סימטרייה - בין כדורים מוליכים בעלי רדיוסים שווים.

יחידת כמות המטען - הקולון - תוגדר באמצעות חוק קולון (הכוח הפועל בין שני מטענים שגודלם קולון אחד והנמצאים במרחק מטר אחד הא . מאוחר יותר לאחר שהתלמידים ילמדו את הגדרת האמפר ניתן להגדיר את יחידת המטען באמצעות האמפר.

ד. מכיוון שהקולון הוא יחידה 'ענקית', יש לאזכר את יחידות הנגזרות מיקרוקולון () וננוקולון () ולהשתמש בהן.

ה. קיומו של מטען חשמלי יסודי יצוין בשלב זה כעובדה, וכן יצוין שכל מטען חשמלי הוא כפולה שלמה של המטען היסודי.

השוואה בין כוחות חשמליים וכוחות כבידה

חשוב לציין את הדמיון והשוני בין חוק קולון לחוק הכבידה ולהדגיש את ההבדל העצום בעָצמה שבין הכוחות החשמליים לכוחות הכבידה. כמו כן כוחות הכבידה הינם כוחות משיכה בלבד בעוד שהכוחות החשמליים הם כוחות משיכה ודחייה.

עקרון הסופרפוזיציה של כוחות חשמליים

על סמך ניסויים למדים כי עקרון הסופרפוזיציה קיים לגבי כוחות חשמליים, כשם שהוא קיים לגבי כוחות אחרים. משמעותו: הכוח בין שני מטענים נקודתיים אינו מושפע מנוכחותו של מטען נוסף.

 

 __________________________________________________________________
תכנית הלימודים פיזיקה ל-5 יח"ל תשס"ח, האגף לתכנון ולפיתוח תכניות לימודים,
עמודים 122-123 מתוך 267 עמודים.
__________________________________________________________________
 
 
 

הערות נוספות