Ce sunt Forțele Electrostatice?

Există mai multe tipuri de forţele care se referă la știință. Fizicienii se ocupă de cele patru forțe fundamentale: forța gravitațională, forța nucleară slabă, forța nucleară puternică și forța electromagnetică. Forța electrostatică este asociată cu forța electromagnetică.

Forțele electrostatice sunt atractive sau respingătoare forţele între particulele care sunt cauzate de sarcinile lor electrice. Această forță mai este numită forța Coulomb sau interacțiunea Coulomb și este numită astfel pentru fizicianul francez Charles-Augustin de Coulomb, care a descris forța în 1785.

Forța electrostatică acționează pe o distanță de aproximativ o zecime diametrul unui nucleu atomic sau 10^-16 m. Ca și taxele se resping unul pe altul, în timp ce, spre deosebire, taxele se atrag unul pe celălalt. De exemplu, doi protoni încărcați pozitiv se resping reciproc, la fel ca doi cationi, doi electroni încărcați negativ sau doi anioni. Protonii și electronii sunt atrași unul de celălalt, la fel și cationii și anionii.

În timp ce protonii și electronii sunt atrași de forțele electrostatice, protonii nu părăsesc nucleul pentru a se uni cu electronii, deoarece sunt legați unul de celălalt și de neutroni de către forta nucleara puternica. Forța nucleară puternică este mult mai puternică decât forța electromagnetică, dar acționează pe o distanță mult mai scurtă.

Într-un anumit sens, protonii și electronii se ating într-un atom, deoarece electronii au proprietăți atât ale particulelor cât și ale undelor. Lungimea de undă a unui electron este ca mărime comparabilă cu un atom, deci electronii nu se pot apropia decât sunt deja.

Puterea sau forța atracției sau repulsiei dintre două corpuri încărcate pot fi calculate folosind Legea lui Coulomb:

F = kq₁q₂/ r²

Aici, F este forța, k este factorul de proporționalitate, q₁ și q₂ sunt cele două sarcini electrice, iar r este distanța dintre centrele celor doi taxe. În sistemul de unități centimetru-gram-secundă, k este setat la egal 1 în vid. În sistemul de metri-kilogram-secundă (SI) de unități, k într-un vid este de 8,98 × 109 metri pătrați newton pe coulomb pătrat. În timp ce protonii și ionii au dimensiuni măsurabile, legea lui Coulomb îi tratează ca pe sarcini punctuale.

Este important să rețineți că forța dintre două sarcini este direct proporțională cu mărimea fiecărei încărcări și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.

Puteți configura un experiment foarte simplu pentru a verifica legea lui Coulomb. Suspendă două bile mici cu aceeași masă și încarcă de la un șir de masă neglijabilă. Pe bile vor acționa trei forțe: greutatea (mg), tensiunea pe coardă (T) și forța electrică (F). Deoarece bilele poartă aceeași încărcătură, se vor respinge reciproc. La echilibru:

T sin θ = F și T cos θ = mg

Dacă legea lui Coulomb este corectă:

F = mg tan θ

Legea lui Coulomb este extrem de importantă în chimie și fizică, deoarece descrie forța dintre părțile unui atom și între atomi, ionii, molecule și părți ale moleculelor. Pe măsură ce distanța dintre particule sau ioni încărcați crește, forța de atracție sau repulsie între ele scade și formarea unui legătură ionică devine mai puțin favorabil. Când particulele încărcate se apropie unul de celălalt, energia crește și legarea ionică este mai favorabilă.

Cheltuieli cheie: forță electrostatică

• Coulomb, Charles Augustin (1788) [1785]. "Premier mémoire sur l’électricité et le magnétisme. "Histoire de performanță Royale des Științe. Imprimerie Royale. pp. 569–577.
• Stewart, Joseph (2001). "Teoria electromagnetică intermediară." Științific Mondial. p. 50. ISBN 978-981-02-4471-2
• Tipler, Paul A.; Mosca, Gene (2008). „Fizica pentru oamenii de știință și ingineri”. (Ediția a 6-a) New York: W. H. Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-8964-2.
• Tânăr, Hugh D.; Freedman, Roger A. (2010). „Sears și Zemansky’s Physics University: With Physics Modern”. (Ediția a 13-a) Addison-Wesley (Pearson). ISBN 978-0-321-69686-1.