Čo sú elektrostatické sily?

Existuje niekoľko druhov sily ktoré sa týkajú vedy. Fyzici sa zaoberajú štyrmi základnými silami: gravitačná sila, slabá jadrová sila, silná jadrová sila a elektromagnetická sila. Elektrostatická sila je spojená s elektromagnetickou silou.

Elektrostatické sily sú atraktívne alebo odpudivé sily medzi časticami, ktoré sú spôsobené ich elektrickým nábojom. Táto sila sa nazýva aj Coulombova sila alebo Coulombova interakcia a je pomenovaná pre francúzskeho fyzika Charlesa-Augustina de Coulomb, ktorý túto silu opísal v roku 1785.

Elektrostatická sila pôsobí na vzdialenosť asi desatiny priemeru atómového jadra alebo 10^-16 m. Rovnako ako náboje sa navzájom odpudzujú, zatiaľ čo na rozdiel od poplatkov navzájom priťahujú. Napríklad dva pozitívne nabité protóny sa navzájom odpudzujú rovnako ako dva katióny, dva negatívne nabité elektróny alebo dva anióny. Protóny a elektróny sú navzájom priťahované, rovnako ako katióny a anióny.

Kým protóny a elektróny sú priťahované elektrostatickými silami, protóny neopúšťajú jadro, aby sa spojili s elektrónmi, pretože sú navzájom viazané k neutrónom a silná jadrová sila. Silná jadrová sila je oveľa silnejšia ako elektromagnetická sila, ale pôsobí na oveľa kratšiu vzdialenosť.

V istom zmysle sa protóny a elektróny dotýkajú atómu, pretože elektróny majú vlastnosti častíc aj vĺn. Vlnová dĺžka elektrónu je veľkosťou porovnateľná s atómom, takže elektróny sa nemôžu priblížiť, ako už sú.

Sila alebo sila príťažlivosti alebo odporu medzi dvoma nabitými telesami sa môže vypočítať pomocou Coulombov zákon:

F = kq₁q₂/ r²

Tu je F sila, k je faktor proporcionality q₁ a q₂ sú dva elektrické náboje a r je vzdialenosť medzi stredmi týchto dvoch nábojov poplatky. V systéme jednotiek centimeter-gram-sekunda je k nastavená na 1 vo vákuu. V systéme jednotiek meter - kilogram za sekundu (SI) je k vo vákuu 8,98 x 109 newtonov štvorcových na štvorcový coulomb. Zatiaľ čo protóny a ióny majú merateľnú veľkosť, Coulombov zákon ich považuje za bodové náboje.

Je dôležité si uvedomiť, že sila medzi dvoma nábojmi je priamo úmerná veľkosti každého náboja a nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti medzi nimi.

Môžete nastaviť veľmi jednoduchý experiment na overenie Coulombovho zákona. Zložte dve malé gule s rovnakou hmotnosťou a nabite ich z reťazca zanedbateľnej hmotnosti. Na gule pôsobia tri sily: hmotnosť (mg), napätie na provázku (T) a elektrická sila (F). Pretože gule nesú rovnaký náboj, budú sa navzájom odpudzovať. V rovnováhe:

T sin 9 = F a T cos 9 = mg

Ak je Coulombov zákon správny:

F = mg hnedého 9

Coulombov zákon je v roku 2006 mimoriadne dôležitý chémia a fyzika, pretože opisuje silu medzi časťami atómu a medzi atómy, ióny, molekuly a časti molekúl. Ako sa zväčšuje vzdialenosť medzi nabitými časticami alebo iónmi, sila príťažlivosti alebo odporu medzi nimi klesá a vytvára sa iónová väzba stáva sa menej priaznivým. Keď sa nabité častice pohybujú bližšie k sebe, zvyšuje sa energia a iónové väzby sú priaznivejšie.

Kľúčové cesty: Elektrostatická sila

• 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). "Intermediárna elektromagnetická teória." World Scientific. p. 50. ISBN 978-981-02-4471-2
• Tipler, Paul A.; Mosca, Gene (2008). "Fyzika pre vedcov a inžinierov." (6. vydanie) New York: W. H. Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-8964-2.
• Young, Hugh D.; Freedman, Roger A. (2010). „Sears and Zemansky's University Physics: Modern Modern Physics.“ (13. vydanie) Addison-Wesley (Pearson). ISBN 978-0-321-69686-1.