Сила притяжения или отталкивания между электрически заряженными объектами
Есть несколько типов сил, которые связаны с наукой. Физики имеют дело с четырьмя фундаментальными силами: гравитационная сила, слабая ядерная сила, сильная ядерная сила и электромагнитная сила. Электростатическая сила связана с электромагнитной силой.
Определение электростатических сил
Электростатические силы притяжения или отталкивания силы между частицами, которые вызваны электрическими зарядами. Эта сила также называется кулоновской силой или кулоновским взаимодействием и названа так по имени французского физика Шарля-Августина де Кулона, который описал эту силу в 1795 году.
Как работает электростатическая сила
Электростатическая сила действует на расстоянии около одной десятой диаметра атомного ядра или 10 -16 м. Как обвинения отталкивают друг друга, в отличие от обвинений притягивают друг друга. Например, два положительно заряженных протона отталкивают друг друга, как и два катиона, два отрицательно заряженных электрона или два аниона. Протоны и электроны притягиваются друг к другу, как и катионы и анионы.
Почему протоны не прилипают к электронам
В то время как протоны и электроны притягиваются электростатическими силами, протоны не покидают ядро, чтобы соединиться с электронами, потому что они связаны друг с другом и нейтронами сильной ядерной силой . Сильная ядерная сила намного мощнее электромагнитной, но действует на гораздо более короткое расстояние.
В некотором смысле протоны и электроны соприкасаются в атоме, потому что электроны обладают свойствами как частиц, так и волн. Длина волны электрона по размерам сопоставима с атомом, поэтому электроны не могут приблизиться ближе, чем они уже есть.
Расчет электростатической силы по закону Кулона
Сила или сила притяжения или отталкивания между двумя заряженными телами может быть рассчитана с использованием закона Кулона :
F = kq 1 q 2 / r 2
Здесь F - сила, k - коэффициент пропорциональности, q 1 и q 2 - два электрических заряда, а r - расстояние между центрами двух зарядов . В системе единиц сантиметр-грамма-секунда k устанавливается равным 1 в вакууме. В системе единиц метр-килограмм-секунда (СИ) k в вакууме составляет 8,98 × 109 ньютон-квадратных метров на квадратный кулон. Хотя протоны и ионы имеют измеримые размеры, закон Кулона рассматривает их как точечные заряды.
Важно отметить, что сила между двумя зарядами прямо пропорциональна величине каждого заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Закон Кулона - это физический закон, утверждающий, что сила между двумя зарядами пропорциональна величине заряда на обоих зарядах и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Закон также известен как закон обратных квадратов Кулона.
Уравнение кулоновского закона
Формула для закона Кулона используется для выражения силы, с помощью которой неподвижные заряженные частицы притягивают или отталкивают друг друга. Сила привлекательна, если заряды притягивают друг друга (имеют противоположные знаки), или отталкивающая, если заряды имеют одинаковые знаки.
Скалярная форма закона Кулона имеет вид:
F = kQ 1 Q 2 / r 2
или
F ∝ Q 1 Q 2 / r 2,
где
k = кулоновская постоянная (9,0 × 10 9 Н м 2 C -2 ) F = сила между зарядами
Q 1 и Q 2 = величина заряда
r = расстояние между двумя зарядами
Вектор форма уравнения также доступна, который может быть использован , чтобы указать , как величину и направление силы между двумя зарядами.
Для использования закона Кулона необходимо выполнить три требования:
- Заряды должны быть стационарными по отношению друг к другу.
- Сборы не должны перекрываться.
- Заряды должны быть либо точечными, либо сферически симметричными.
Проверка кулоновского закона
Вы можете установить очень простой эксперимент, чтобы проверить закон Кулона. Подвесьте два маленьких шарика одинаковой массы и зарядите их струной ничтожной массы. На шары будут действовать три силы: вес (мг), натяжение струны (T) и электрическая сила (F). Поскольку шары несут одинаковый заряд, они будут отталкивать друг друга. В равновесии:
T sinθ = F и T cosθ = мг
Если закон Кулона верен:
F = мг тан θ
Важность кулоновского закона
Закон Кулона чрезвычайно важен в химии и физике, потому что он описывает силу между частями атома и между атомами , ионами , молекулами и частями молекул. По мере увеличения расстояния между заряженными частицами или ионами сила притяжения или отталкивания между ними уменьшается, и образование ионной связи становится менее благоприятным. Когда заряженные частицы движутся ближе друг к другу, энергия увеличивается, и ионная связь становится более благоприятной.
Выводы
Электростатическая сила также известна как кулоновская сила или кулоновское взаимодействие.
Это сила притяжения или отталкивания между двумя электрически заряженными объектами.
Как обвинения отталкивают друг друга, в то время как обвинения притягивают друг друга.
Закон Кулона используется для расчета силы силы между двумя зарядами