Vad är elektrostatiska krafter?

Det finns flera typer av krafter som hänför sig till vetenskap. Fysiker arbetar med de fyra grundläggande krafterna: gravitationskraft, svag kärnkraft, stark kärnkraft och elektromagnetisk kraft. Den elektrostatiska kraften är associerad med den elektromagnetiska kraften.

Elektrostatiska krafter är attraktiva eller avvisande krafter mellan partiklar som orsakas av deras elektriska laddningar. Denna kraft kallas också Coulomb-styrkan eller Coulomb-växelverkan och är så kallad den franska fysikern Charles-Augustin de Coulomb, som beskrev styrkan 1785.

Den elektrostatiska kraften verkar över ett avstånd av ungefär en tiondel av en atomkärnans diameter eller 10^-16 m. Liksom avgifter stöter varandra, medan till skillnad från avgifter lockar varandra. Till exempel stöter två positivt laddade protoner varandra, liksom två katjoner, två negativt laddade elektroner eller två anjoner. Protoner och elektroner dras till varandra och katjoner och anjoner.

Medan protoner och elektroner lockas av elektrostatiska krafter, lämnar protoner inte kärnan för att komma ihop med elektroner eftersom de är bundna till varandra och till neutroner av stark kärnkraft. Den starka kärnkraften är mycket kraftigare än den elektromagnetiska kraften, men den verkar på mycket kortare avstånd.

På ett sätt rör protoner och elektroner i en atom eftersom elektroner har egenskaper hos både partiklar och vågor. Våglängden för en elektron är jämförbar i storlek med en atom, så elektroner kan inte komma närmare än de redan är.

Styrken eller kraften hos attraktionen eller avvisningen mellan två laddade kroppar kan beräknas med hjälp av Coulombs lag:

F = kq₁q₂/ r²

Här är F kraften, k är proportionalitetsfaktor, q₁ och q₂ är de två elektriska laddningarna, och r är avståndet mellan de två centren kostnader. I centimeter-gram-sekundersystemet är k inställd på lika med 1 i vakuum. I enhetssystemet meter-kilogram-sekund (SI) är k i ett vakuum 8,98 × 109 newton kvadratmeter per kvadrat coulomb. Medan protoner och joner har mätbara storlekar, behandlar Coulombs lag dem som punktladdningar.

Det är viktigt att notera att kraften mellan två laddningar är direkt proportionell mot storleken på varje laddning och omvänt proportionell mot kvadratet på avståndet mellan dem.

Du kan skapa ett mycket enkelt experiment för att verifiera Coulombs lag. Häng upp två små bollar med samma massa och ladda från en sträng med försumbar massa. Tre krafter kommer att verka på kulorna: vikten (mg), spänningen på strängen (T) och den elektriska kraften (F). Eftersom bollarna har samma laddning kommer de att avvisa varandra. Vid jämvikt:

T sin θ = F och T cos θ = mg

Om Coulombs lag är korrekt:

F = mg solbränna θ

Coulombs lag är oerhört viktig i kemi och fysik eftersom den beskriver kraften mellan delar av en atom och mellan atomer, joner, molekyler och delar av molekyler. När avståndet mellan laddade partiklar eller joner ökar minskar dragkraften eller avvisningen mellan dem och bildningen av en jonbindning blir mindre gynnsam. När laddade partiklar rör sig närmare varandra ökar energin och jonbindningen är mer gynnsam.

Key Takeaways: Electrostatisk kraft

• 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). "Mellanelektromagnetisk teori." World Scientific. s. 50. ISBN 978-981-02-4471-2
• Tipler, Paul A.; Mosca, Gene (2008). "Fysik för forskare och ingenjörer." (6: e upplagan) New York: W. H. Freeman och Company. ISBN 978-0-7167-8964-2.
• Young, Hugh D.; Freedman, Roger A. (2010). "Sears and Zemanskys universitetsfysik: med modern fysik." (13: e upplagan) Addison-Wesley (Pearson). ISBN 978-0-321-69686-1.