Hvad er elektrostatiske kræfter?

Der er flere typer af kræfter der vedrører videnskab. Fysikere beskæftiger sig med de fire grundlæggende kræfter: tyngdekraft, svag atomkraft, stærk atomkraft og elektromagnetisk kraft. Den elektrostatiske kraft er forbundet med den elektromagnetiske kraft.

Elektrostatiske kræfter er attraktive eller frastødende kræfter mellem partikler, der er forårsaget af deres elektriske ladninger. Denne styrke kaldes også Coulomb-styrken eller Coulomb-interaktion og er således opkaldt efter den franske fysiker Charles-Augustin de Coulomb, der beskrev styrken i 1785.

Den elektrostatiske kraft virker over en afstand på cirka en tiendedel af diameteren af ​​en atomkerne eller 10^-16 m. Ligesom afgifter frastøder hinanden, mens ulige afgifter tiltrækker hinanden. For eksempel frastøder to positivt ladede protoner hinanden, ligesom to kationer, to negativt ladede elektroner eller to anioner. Protoner og elektroner tiltrækkes af hinanden, og kation og anioner er også.

Mens protoner og elektroner tiltrækkes af elektrostatiske kræfter, forlader protoner ikke kernen for at komme sammen med elektroner, fordi de er bundet til hinanden og til neutroner af stærk atomkraft. Den stærke atomkraft er meget kraftigere end den elektromagnetiske kraft, men den virker over en meget kortere afstand.

På en måde berører protoner og elektroner et atom, fordi elektroner har egenskaber af både partikler og bølger. Bølgelængden af ​​et elektron kan sammenlignes i størrelse med et atom, så elektroner kan ikke komme nærmere, end de allerede er.

Styrken eller kraften i tiltrækning eller frastødelse mellem to ladede legemer kan beregnes ved hjælp af Coulombs lov:

F = kq₁q₂/ r²

Her er F kraften, k er proportionalitetsfaktor, q₁ og q₂ er de to elektriske ladninger, og r er afstanden mellem centrets to afgifter. I centimeter-gram-sekundersystemet er k indstillet til lig 1 i et vakuum. I enhederne med en kilogram-sekund (SI) er k i et vakuum 8,98 × 109 newton kvadratmeter per kvadratisk coulomb. Mens protoner og ioner har målelige størrelser, behandler Coulombs lovgivning dem som punktladninger.

Det er vigtigt at bemærke, at kraften mellem to ladninger er direkte proportional med størrelsen på hver ladning og omvendt proportional med kvadratet på afstanden mellem dem.

Du kan oprette et meget simpelt eksperiment for at bekræfte Coulombs lov. Suspender to små kugler med samme masse og lad dem op fra en streng ubetydelig masse. Tre kræfter virker på kuglerne: vægten (mg), spændingen på strengen (T) og den elektriske kraft (F). Fordi kuglerne har den samme ladning, vil de afvise hinanden. Ved ligevægt:

T sin θ = F og T cos θ = mg

Hvis Coulombs lov er korrekt:

F = mg tan θ

Coulombs lov er ekstremt vigtig i kemi og fysik, fordi den beskriver kraften mellem dele af et atom og imellem atomer, ionermolekyler og dele af molekyler. Når afstanden mellem ladede partikler eller ioner øges, reduceres tiltrækningskraften eller frastødningen mellem dem og dannelsen af ​​en ionisk binding bliver mindre gunstig. Når ladede partikler bevæger sig tættere på hinanden, stiger energien, og ionbinding er mere gunstig.

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. pp. 569–577.
• Stewart, Joseph (2001). "Mellemelektromagnetisk teori." Verdensvidenskabelig. s. 50. ISBN 978-981-02-4471-2
• Tipler, Paul A.; Mosca, Gen (2008). "Fysik for forskere og ingeniører." (6. udgave) New York: W. H. Freeman og Company. ISBN 978-0-7167-8964-2.
• Young, Hugh D.; Freedman, Roger A. (2010). "Sears og Zemanskys universitetsfysik: med moderne fysik." (13. udg.) Addison-Wesley (Pearson). ISBN 978-0-321-69686-1.