Obstaja več vrst sile ki se nanašajo na znanost. Fiziki obravnavajo štiri temeljne sile: gravitacijsko silo, šibko jedrsko silo, močno jedrsko silo in elektromagnetno silo. Elektrostatična sila je povezana z elektromagnetno silo.
Opredelitev elektrostatičnih sil
Elektrostatične sile so privlačne ali odbijajoče sile med delci, ki jih povzročajo njihovi električni naboji. Ta sila se imenuje tudi Coulomb sila ali Coulomb interakcija in je tako imenovana po francoskem fiziku Charles-Augustin de Coulomb, ki je opisal silo leta 1785.
Kako deluje elektrostatična sila
Elektrostatična sila deluje na razdalji približno ene desetine premera atomskega jedra ali 10-16 m. Tako kot dajatve drug drugega odbijajo, medtem ko se za razliko od nabojev med seboj privlačijo. Na primer, dva pozitivno nabiti protoni se odbijajo med seboj, prav tako dva kationa, dva negativno nabita elektrona ali dva aniona. Protoni in elektroni se med seboj privlačijo in kation in anioni.
Zakaj se protoni ne držijo elektronov
Medtem ko protone in elektrone privlačijo elektrostatične sile, protoni ne zapustijo jedra, da bi se zbrali z elektroni, ker so med seboj vezani in na nevtrone močna jedrska sila. Močna jedrska sila je veliko močnejša od elektromagnetne, vendar deluje na veliko krajši razdalji.
V nekem smislu se protoni in elektroni dotikajo v atomu, ker imajo elektroni lastnosti tako delcev kot valov. Valovna dolžina elektrona je po velikosti primerljiva z atomom, zato se elektroni ne morejo približati, kot že so.
Izračun elektrostatične sile s pomočjo Kulomovega zakona
Moč ali sila privlačnosti ali odbojnosti med dvema napolnjenima telesoma se lahko izračuna z uporabo Coulombov zakon:
F = kq1q2/ r2
Tukaj je F sila, k je faktor sorazmernosti, q1 in q2 sta dva električna naboja in r je razdalja med središčema obeh dajatve. V centimetrskem gramskem sistemu enot je k v vakuumu nastavljen na 1. V metrsko-kilogramskem (SI) sistemu enot je k v vakuumu 8,98 × 109 newton kvadratnih metrov na kvadratni kulon. Medtem ko imajo protoni in ioni merljive velikosti, jih Coulombov zakon obravnava kot točkovne naboje.
Pomembno je opozoriti, da je sila med dvema nabojema neposredno sorazmerna z velikostjo vsakega naboja in obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med njima.
Preverjanje Kulomovega zakona
Lahko preverite preprost eksperiment, da preverite Coulombov zakon. Odložite dve majhni kroglici z enako maso in napolnite iz vrvice zanemarljive mase. Na kroglice bodo delovale tri sile: teža (mg), napetost na vrvici (T) in električna sila (F). Ker kroglice nosijo enak naboj, se bodo odbijale. V ravnovesju:
T sin θ = F in T cos θ = mg
Če je Coulombov zakon pravilen:
F = mg tan θ
Pomen Kulomovega zakona
Kulombov zakon je izredno pomemben v kemije fizika pa zato, ker opisuje silo med deli atoma in med njimi atomi, ioni, molekule in deli molekul. Ko se razdalja med nabitimi delci ali ioni povečuje, se sila privlačenja ali odbojnosti med njima zmanjšuje in nastane an ionska vez postane manj ugoden. Ko se nabito delci približajo drug drugemu, se energija poveča in jonsko vezanje je ugodnejše.
Ključni odvzemi: elektrostatična sila
- Elektrostatična sila je znana tudi kot Kulomova sila ali Kulomova interakcija.
- To je privlačna ali odbojna sila med dvema električno napolnjenima objektoma.
- Kot dajatve se med seboj odbijajo, za razliko od nabojev pa se med seboj privlačijo.
- Coulombov zakon se uporablja za izračun jakosti sile med dvema nabojema.
Dodatne reference
- 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). "Vmesna elektromagnetna teorija." Svetovni znanstveni. str. 50. ISBN 978-981-02-4471-2
- Tipler, Paul A.; Mosca, Gene (2008). "Fizika za znanstvenike in inženirje." (6. izd.) New York: W. H. Freeman in družba. ISBN 978-0-7167-8964-2.
- Young, Hugh D.; Freedman, Roger A. (2010). "Sears in Zemansky's University Physics: S sodobno fiziko." (13. izd.) Addison-Wesley (Pearson). ISBN 978-0-321-69686-1.