Co to są siły elektrostatyczne?

Istnieje kilka rodzajów siły które dotyczą nauki. Fizycy zajmują się czterema podstawowymi siłami: siłą grawitacji, słabą siłą jądrową, silną siłą jądrową i siłą elektromagnetyczną. Siła elektrostatyczna jest powiązana z siłą elektromagnetyczną.

Siły elektrostatyczne są atrakcyjne lub odpychające siły między cząsteczkami powodowanymi przez ich ładunki elektryczne. Siła ta jest również nazywana siłą kulombowską lub oddziaływaniem kulombowskim i tak została nazwana na cześć francuskiego fizyka Charlesa-Augustina de Coulomba, który opisał siłę w 1785 r.

Siła elektrostatyczna działa na odległość około jednej dziesiątej średnicy jądra atomowego lub 10^-16 m. Jak ładunki odpychają się nawzajem, podczas gdy w przeciwieństwie do ładunków przyciągają się nawzajem. Na przykład dwa dodatnio naładowane protony odpychają się, podobnie jak dwa kationy, dwa ujemnie naładowane elektrony lub dwa aniony. Protony i elektrony przyciągają się do siebie, podobnie jak kation i aniony.

Podczas gdy protony i elektrony są przyciągane przez siły elektrostatyczne, protony nie opuszczają jądra, aby połączyć się z elektronami, ponieważ są one związane ze sobą i neutronami przez silna siła nuklearna. Silna siła nuklearna jest znacznie silniejsza niż siła elektromagnetyczna, ale działa na znacznie krótszą odległość.

W pewnym sensie protony i elektrony dotykają się w atomie, ponieważ elektrony mają właściwości zarówno cząstek, jak i fal. Długość fali elektronu jest porównywalna pod względem wielkości z atomem, więc elektrony nie mogą się zbliżyć, niż są.

Siła lub siła przyciągania lub odpychania między dwoma naładowanymi ciałami można obliczyć za pomocą prawo Coulomba:

F = kq₁q₂/ r²

Tutaj F jest siłą, k jest współczynnikiem proporcjonalności, q₁ i q₂ są dwoma ładunkami elektrycznymi, zaś r jest odległością między środkami dwóch opłaty. W systemie jednostek centymetr-gram-sekunda k jest ustawione na 1 w próżni. W układzie jednostek metr-kilogram-sekunda (SI) kw próżni wynosi 8,98 × 109 niutonów metra kwadratowego na kulomb kwadratowy. Podczas gdy protony i jony mają mierzalne rozmiary, prawo Coulomba traktuje je jako ładunki punktowe.

Ważne jest, aby zauważyć, że siła między dwoma ładunkami jest wprost proporcjonalna do wielkości każdego ładunku i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi.

Możesz skonfigurować bardzo prosty eksperyment, aby zweryfikować prawo Coulomba. Zawiesić dwie małe kulki o tej samej masie i naładować z ciągu o znikomej masie. Kulki będą oddziaływać na trzy siły: ciężar (mg), naprężenie sznurka (T) i siła elektryczna (F). Ponieważ kule przenoszą ten sam ładunek, będą się odpychać. W równowadze:

T sin θ = F i T cos θ = mg

Jeśli prawo Coulomba jest prawidłowe:

F = mg tan θ

Prawo Coulomba jest niezwykle ważne w chemia i fizyka, ponieważ opisuje siłę między częściami atomu i między nimi atomy, jony, cząsteczki i części cząsteczek. Wraz ze wzrostem odległości między naładowanymi cząsteczkami lub jonami maleje siła przyciągania lub odpychania między nimi i powstawania an wiązanie jonowe staje się mniej sprzyjający. Gdy naładowane cząstki zbliżają się do siebie, energia rośnie, a wiązanie jonowe jest bardziej korzystne.

Najważniejsze informacje na temat: siła elektrostatyczna

• Coulomb, Charles Augustin (1788) [1785]. "Premier mémoire sur l'électricité et le magnétisme. ”Histoire de l’Académie Royale des Sciences. Imprimerie Royale. pp. 569–577.
• Stewart, Joseph (2001). „Pośrednia teoria elektromagnetyczna”. World Scientific. p. 50. ISBN 978-981-02-4471-2
• Tipler, Paul A.; Mosca, Gene (2008). „Fizyka dla naukowców i inżynierów”. (Wydanie 6) Nowy Jork: W. H. Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-8964-2.
• Young, Hugh D..; Freedman, Roger A. (2010). „Sears and Zemansky's University Physics: With Modern Physics”. (13 edycja) Addison-Wesley (Pearson). ISBN 978-0-321-69686-1.