Što su elektrostatičke sile?

Postoji nekoliko vrsta snaga koji se odnose na znanost. Fizičari se bave četiriju osnovnih sila: gravitacijskom silom, slabom nuklearnom silom, jakom nuklearnom silom i elektromagnetskom silom. Elektrostatska sila povezana je s elektromagnetskom silom.

Elektrostatičke sile su privlačne ili odbojne snaga između čestica koje nastaju zbog njihovih električnih naboja. Ta se sila također naziva i Coulomb-ova sila ili Coulomb-interakcija i tako je nazvana po francuskom fizičaru Charles-Augustinu de Coulomb-u koji je tu silu opisao 1785. godine.

Elektrostatička sila djeluje na udaljenosti od oko jedne desetine promjera atomskog jezgra ili 10^-16 m. Kao da se optužbe odbijaju jedna za drugom, dok se za razliku od optužbi privlače jedna drugu. Na primjer, dva pozitivno nabijena protona se međusobno odbijaju kao i dva kationa, dva negativno nabijena elektrona ili dva aniona. Protoni i elektroni privlače jedni druge, pa tako i kation i anioni.

Dok protone i elektrone privlače elektrostatičke sile, protoni ne napuštaju jezgru da se spoje s elektronima jer su vezani jedni za druge i za neutrone pomoću jaka nuklearna sila. Jaka nuklearna sila mnogo je moćnija od elektromagnetske sile, ali djeluje na mnogo kraćoj udaljenosti.

U određenom smislu, protoni i elektroni dodiruju se u atomu jer elektroni imaju svojstva i čestica i valova. Valna duljina elektrona se po veličini može usporediti s atomom, tako da se elektroni ne mogu približiti nego što jesu.

Jačina ili sila privlačenja ili odbijanja između dva nabijena tijela može se izračunati pomoću Coulombov zakon:

F = kq₁q₂/ r²

Ovdje je F sila, k je faktor proporcionalnosti, q₁ i q₂ su dva električna naboja, a r je udaljenost između središta ta dva naknade. U centimetrsko-gram-drugom sustavu jedinica, k je postavljen na 1 u vakuumu. U sustavu jedinica metra-kilogram-sekunde (SI), k u vakuumu je 8,98 × 109 njuton kvadratnih metara po kvadratnom kubu. Dok protoni i ioni imaju mjerljive veličine, Coulombov zakon tretira ih kao točkaste naboje.

Važno je napomenuti da je sila između dva naboja izravno proporcionalna veličini svakog naboja i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih.

Možete postaviti vrlo jednostavan eksperiment kako biste potvrdili Coulombov zakon. Odložite dvije male kuglice jednakom masom i napunite ih od niza zanemarive mase. Na kuglice će djelovati tri sile: težina (mg), napetost na uzici (T) i električna sila (F). Budući da kuglice nose isti naboj, odbijat će se jedna drugu. U ravnoteži:

T sin θ = F i T cos θ = mg

Ako je Coulombov zakon točan:

F = mg tan θ

Coulombov zakon izuzetno je važan u kemija a fizika jer opisuje silu između dijelova atoma i između atomi, ioni, molekule i dijelovi molekula. Kako se udaljenost između nabijenih čestica ili iona povećava, sila privlačenja ili odbijanja između njih se smanjuje i nastaje an ionska veza postaje manje povoljan. Kada se napunjene čestice približe jedna drugoj, povećava se energija i ionsko vezivanje je povoljnije.

Ključni odvodi: elektrostatička sila

• Coulomb, Charles Augustin (1788) [1785]. "Premier mémoire sur l'électricité et le magnétisme. "Histoire de l'Académie Royale des Sciences. Imprimerie Royale. str. 569–577.
• Stewart, Joseph (2001). "Srednja elektromagnetska teorija." Svjetski znanstveni. str. 50. ISBN 978-981-02-4471-2
• Tipler, Paul A.; Mosca, Gene (2008). "Fizika za znanstvenike i inženjere." (6. izd.) New York: W. H. Freeman i četa. ISBN 978-0-7167-8964-2.
• Young, Hugh D.; Freedman, Roger A. (2010). "Sears i Zemansky's University Physics: S modernom fizikom." (13. izd.) Addison-Wesley (Pearson). ISBN 978-0-321-69686-1.