Elektrostatické silové působení bodových elektrických nábojů, Coulombův zákon

Pro zjednodušení popisovaných jevů zavádíme pojem bodový náboj:

Bodové náboje jsou zelektrovaná tělesa, jejichž rozměry jsou zanedbatelné ve srovnání s jejich vzájemnou vzdáleností.

… jedná se tedy o nabitý hmotný bod (malá vodivá kulička zavěšená na tenkém nevodivém vlákně, …).

Měření sil vzájemného působení dvou bodových nábojů prováděl poprvé v roce 1784 francouzský fyzik Charles Auguste de Coulomb (1736 - 1806) a na základě nich formuloval zákon, dnes nazývaný Coulombův zákon:

Velikost sil, kterými na sebe působí dva bodové náboje, je přímo úměrná absolutní hodnotě součinu jejich velikostí a nepřímo úměrná druhé mocnině jejich vzdálenosti - . Směr této síly je patrný z OBR. 1.

Konstanta k závisí na prostředí, v němž se náboje nachází. Pro vakuum má hodnotu . Daleko častěji se ale tato konstanta vyjadřuje ve tvaru , kde a nazývá se permitivita vakua.

Vložíme-li dva bodové náboje do látkového prostředí (dielektrika), působí na sebe silou menší než ve vakuu: , kde je relativní permitivita daného prostředí (pro vakuum a přibližně i pro vzduchu je ). Veličina je permitivita prostředí.

Obr. 1

Coulombův zákon je formálně velice podobný Newtonovu gravitačnímu zákonu. Rozdíl je v tom, že zatímco síla gravitační je vždy přitažlivá, síla elektrická může být přitažlivá i odpudivá. Také velikost sil je řádově různá (např. na dva náboje velikosti 1 C ve vzdálenosti 1 m by ve vakuu působila síla o velikosti , což nemůže nikdy nastat).