Hva er elektrostatiske krefter?

Det er flere typer krefter som forholder seg til vitenskap. Fysikere arbeider med de fire grunnleggende kreftene: gravitasjonskraft, svak kjernekraft, sterk kjernekraft og elektromagnetisk kraft. Den elektrostatiske kraften er assosiert med den elektromagnetiske kraften.

Elektrostatiske krefter er attraktive eller frastøtende krefter mellom partikler som er forårsaket av deres elektriske ladninger. Denne styrken kalles også Coulomb-styrken eller Coulomb-interaksjonen og er så oppkalt etter den franske fysikeren Charles-Augustin de Coulomb, som beskrev styrken i 1785.

Den elektrostatiske kraften virker over en avstand på omtrent en tidel av diameteren til en atomkjerne eller 10^-16 m. Som ladninger frastøter hverandre, mens ulik anklag tiltrekker hverandre. For eksempel frastøter to positivt ladede protoner hverandre som to kationer, to negativt ladede elektroner eller to anioner. Protoner og elektroner tiltrekkes av hverandre, og kation og anioner er også.

Mens protoner og elektroner tiltrekkes av elektrostatiske krefter, forlater ikke protoner kjernen for å komme sammen med elektroner fordi de er bundet til hverandre og til nøytroner av sterk kjernefysisk styrke. Den sterke kjernekraften er mye kraftigere enn den elektromagnetiske kraften, men den virker over mye kortere avstand.

På en måte berører protoner og elektroner et atom fordi elektroner har egenskaper til både partikler og bølger. Bølgelengden til et elektron er sammenlignbar i størrelse med et atom, så elektronene kan ikke komme nærmere enn de allerede er.

Styrken eller kraften til tiltrekningen eller frastøtningen mellom to ladede kropper kan beregnes ved å bruke Coulombs lov:

F = kq₁q₂/ r²

Her er F kraften, k er proporsjonalitetsfaktor, q₁ og q₂ er de to elektriske ladningene, og r er avstanden mellom sentrene til de to kostnader. I centimeter-gram-sekundersystemet er k satt til lik 1 i vakuum. I systemet med meter-kilogram sekund (SI) er k i et vakuum 8,98 × 109 newton kvadratmeter per kvadrat coulomb. Mens protoner og ioner har målbare størrelser, behandler Coulombs lov dem som poengladninger.

Det er viktig å merke seg at kraften mellom to ladninger er direkte proporsjonal med størrelsen på hver ladning og omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom dem.

Du kan sette opp et veldig enkelt eksperiment for å bekrefte Coulombs lov. Heng to små kuler med samme masse og lad dem fra en streng med ubetydelig masse. Tre krefter vil virke på kulene: vekten (mg), spenningen på strengen (T) og den elektriske kraften (F). Fordi ballene har samme ladning, vil de frastøte hverandre. Ved likevekt:

T sin θ = F og T cos θ = mg

Hvis Coulombs lov er riktig:

F = mg solbrun θ

Coulombs lov er ekstremt viktig i kjemi og fysikk fordi den beskriver kraften mellom deler av et atom og mellom atomer, ionermolekyler og deler av molekyler. Når avstanden mellom ladde partikler eller ioner øker, reduseres tiltrekningskraften eller frastøtningen mellom dem og dannelsen av en ionebinding blir mindre gunstig. Når ladede partikler beveger seg nærmere hverandre, øker energien og ionebinding er gunstigere.

Key Takeaways: Electrostatic Force

• Coulomb, Charles Augustin (1788) [1785]. "Premier mémoire sur l'électricité et le magnétisme. "Histoire de l'Académie Royale des Sciences. Imprimerie Royale. s. 569–577.
• Stewart, Joseph (2001). "Mellomelektromagnetisk teori." Verdensvitenskapelig. s. 50. ISBN 978-981-02-4471-2
• Tipler, Paul A.; Mosca, Gene (2008). "Fysikk for forskere og ingeniører." (6. utg.) 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: With Modern Physics." (13. utg.) Addison-Wesley (Pearson). ISBN 978-0-321-69686-1.