Co jsou elektrostatické síly?

Existuje několik typů síly které se týkají vědy. Fyzici se zabývají čtyřmi základními silami: gravitační síla, slabá jaderná síla, silná jaderná síla a elektromagnetická síla. Elektrostatická síla je spojena s elektromagnetickou silou.

Elektrostatické síly jsou atraktivní nebo odpudivé síly mezi částicemi, které jsou způsobeny jejich elektrickým nábojem. Tato síla se také nazývá Coulombova síla nebo Coulombova interakce a je tak pojmenována pro francouzského fyzika Charlese-Augustina de Coulomb, který ji popsal v roce 1785.

Elektrostatická síla působí na vzdálenost asi jedné desetiny průměru atomového jádra nebo 10^-16 m. Jako poplatky se navzájem odrazují, zatímco na rozdíl od poplatků se navzájem přitahují. Například dva pozitivně nabité protony se odpuzují, stejně jako dva kationty, dva záporně nabité elektrony nebo dva anionty. Protony a elektrony jsou přitahovány jeden k druhému, stejně jako kationty a anionty.

Zatímco protony a elektrony jsou přitahovány elektrostatickými silami, protony neopouštějí jádro, aby se spojily s elektrony, protože jsou vázány k sobě navzájem ak neutronům silná jaderná síla. Silná jaderná síla je mnohem silnější než elektromagnetická síla, ale působí na mnohem kratší vzdálenost.

V jistém smyslu se protony a elektrony dotýkají atomu, protože elektrony mají vlastnosti jak částic, tak vln. Vlnová délka elektronu je svou velikostí srovnatelná s atomem, takže se elektrony nemohou přiblížit, než již jsou.

Síla nebo síla přitažlivosti nebo odporu mezi dvěma nabitými tělesy lze vypočítat pomocí Coulombův zákon:

F = kq₁q₂/ r²

Zde je F síla, k je faktor proporcionality, q₁ a q₂ jsou dvě elektrické náboje a r je vzdálenost mezi středy těchto dvou nábojů poplatky. V soustavě centimetr-gram-sekunda jednotek je k nastavena na 1 ve vakuu. V systému jednotek metr-kilogram-sekunda (SI) je k ve vakuu 8,98 x 109 newtonů čtverečních na čtvereční coulomb. Zatímco protony a ionty mají měřitelné velikosti, Coulombův zákon je považuje za bodové náboje.

Je důležité si uvědomit, že síla mezi dvěma náboji je přímo úměrná velikosti každého náboje a nepřímo úměrná čtverci vzdálenosti mezi nimi.

Můžete si nastavit velmi jednoduchý experiment k ověření Coulombova zákona. Zavěste dvě malé koule se stejnou hmotností a nabijte je z řetězce zanedbatelné hmotnosti. Na koule působí tři síly: hmotnost (mg), napětí na provázku (T) a elektrická síla (F). Protože koule nesou stejný náboj, budou se navzájem odpuzovat. V rovnováze:

T sin 9 = F a T cos 9 = mg

Pokud je Coulombův zákon správný:

F = mg tan 9

Coulombův zákon je nesmírně důležitý chemie a fyzika, protože popisuje sílu mezi částmi atomu a mezi atomy, ionty, molekuly a části molekul. Jak se vzdálenost mezi nabitými částicemi nebo ionty zvětšuje, síla přitahování nebo odpuzování mezi nimi klesá a formování iontová vazba stává se méně příznivým. Když se nabité částice přibližují k sobě, zvyšuje se energie a příznivější je iontová vazba.

Klíčové cesty: Elektrostatická síla

• Coulomb, Charles Augustin (1788) [1785]. "Premier mémoire sur l'électricité et le magnétisme"Histoire de l'Académie Royale des Sciences." Imprimerie Royale. str. 569–577.
• Stewart, Joseph (2001). "Intermediální elektromagnetická teorie." World Scientific. str. 50. ISBN 978-981-02-4471-2
• Tipler, Paul A.; Mosca, Gene (2008). "Fyzika pro vědce a inženýry." (6. vydání) 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: S moderní fyzikou." (13. vydání) Addison-Wesley (Pearson). ISBN 978-0-321-69686-1.