Τι είναι οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις;

Υπάρχουν διάφοροι τύποι δυνάμεις που σχετίζονται με την επιστήμη. Οι φυσικοί ασχολούνται με τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις: βαρυτική δύναμη, αδύναμη πυρηνική δύναμη, ισχυρή πυρηνική δύναμη και ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Η ηλεκτροστατική δύναμη συνδέεται με την ηλεκτρομαγνητική δύναμη.

Οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις είναι ελκυστικές ή απωθητικές δυνάμεις μεταξύ των σωματιδίων που προκαλούνται από τα ηλεκτρικά τους φορτία. Αυτή η δύναμη ονομάζεται επίσης δύναμη Coulomb ή αλληλεπίδραση Coulomb και ονομάζεται έτσι για τον γάλλο φυσικό Charles-Augustin de Coulomb, ο οποίος περιέγραψε τη δύναμη το 1785.

Η ηλεκτροστατική δύναμη δρα σε απόσταση περίπου ενός δέκατου της διαμέτρου ενός ατομικού πυρήνα ή 10^-16 Μ. Όπως οι χρεώσεις απωθούν το ένα το άλλο, ενώ σε αντίθεση με τις χρεώσεις προσελκύουν το ένα το άλλο. Για παράδειγμα, δύο θετικά φορτισμένα πρωτόνια αντιδρούν μεταξύ τους όπως και δύο κατιόντα, δύο αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια ή δύο ανιόντα. Τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια έλκονται μεταξύ τους και είναι επίσης κατιόντα και ανιόντα.

Ενώ τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια έλκονται από ηλεκτροστατικές δυνάμεις, τα πρωτόνια δεν αφήνουν τον πυρήνα να συσσωρευτεί με τα ηλεκτρόνια επειδή δεσμεύονται μεταξύ τους και σε νετρόνια από το ισχυρή πυρηνική δύναμη. Η ισχυρή πυρηνική δύναμη είναι πολύ πιο ισχυρή από την ηλεκτρομαγνητική δύναμη, αλλά δρα σε πολύ μικρότερη απόσταση.

Κατά μία έννοια, τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια αγγίζουν σε ένα άτομο επειδή τα ηλεκτρόνια έχουν ιδιότητες και των σωματιδίων και των κυμάτων. Το μήκος κύματος ενός ηλεκτρονίου είναι συγκρίσιμο σε μέγεθος με ένα άτομο, έτσι ώστε τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να πλησιάσουν περισσότερο από ό, τι είναι ήδη.

Η δύναμη ή η δύναμη της έλξης ή της απώθησης μεταξύ δύο φορτισμένων σωμάτων μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας Ο νόμος του Coulomb:

F = kq₁q₂/ r²

Εδώ, F είναι η δύναμη, k είναι ο συντελεστής αναλογικότητας, q₁ και q₂ είναι τα δύο ηλεκτρικά φορτία, και r είναι η απόσταση μεταξύ των κέντρων των δύο ταρίφα. Στο σύστημα των μονάδων centimeter-gram-second, το k είναι ίσο με 1 σε κενό. Στο σύστημα μετρητή-κιλό-δευτερόλεπτο (SI) των μονάδων, το k σε κενό είναι 8,98 × 109 νέον τετραγωνικό μέτρο ανά τετραγωνικό coulomb. Ενώ τα πρωτόνια και τα ιόντα έχουν μετρήσιμα μεγέθη, ο νόμος της Coulomb τα αντιμετωπίζει ως χρεώσεις σημείων.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η δύναμη μεταξύ δύο φορτίων είναι άμεσα ανάλογη με το μέγεθος κάθε φορτίου και αντιστρόφως ανάλογη προς το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους.

Μπορείτε να δημιουργήσετε ένα πολύ απλό πείραμα για να επαληθεύσετε το νόμο της Coulomb. Αναστέλλετε δύο μικρές μπάλες με την ίδια μάζα και φορτίο από μια σειρά αμελητέας μάζας. Τρεις δυνάμεις θα δρουν στις μπάλες: το βάρος (mg), η τάση επί της χορδής (Τ) και η ηλεκτρική δύναμη (F). Επειδή οι μπάλες φέρουν την ίδια χρέωση, θα απωθούν ο ένας τον άλλον. Σε ισορροπία:

T sin θ = F και T cos θ θ mg

Εάν ο νόμος της Coulomb είναι σωστός:

F = mg tan θ

Ο νόμος του Coulomb είναι εξαιρετικά σημαντικός χημεία και τη φυσική επειδή περιγράφει τη δύναμη μεταξύ των μερών ενός ατόμου και μεταξύ άτομα, ιόντα, μόρια και τμήματα μορίων. Καθώς η απόσταση μεταξύ των φορτισμένων σωματιδίων ή ιόντων αυξάνεται, η δύναμη έλξης ή απώθησης μεταξύ τους μειώνεται και ο σχηματισμός ενός ιοντικός δεσμός γίνεται λιγότερο ευνοϊκή. Όταν τα φορτισμένα σωματίδια κινούνται πλησιέστερα μεταξύ τους, αυξάνεται η ενέργεια και η ιονική συγκόλληση είναι πιο ευνοϊκή.

Λέξεις κλειδιά: Ηλεκτροστατική Δύναμη

• Coulomb, Charles Augustin (1788) [1785]. "Πρεμιέρα για την ηλεκτρική ενέργεια και το μαγνητισμό"Histoire de l'Académie Royale des Sciences. Imprimerie Royale. σ. 569–577.
• Stewart, Joseph (2001). "Ενδιάμεση Ηλεκτρομαγνητική Θεωρία". World Scientific. Π. 50. ISBN 978-981-02-4471-2
• Tipler, Paul Α.; Mosca, Gene (2008). "Φυσική για επιστήμονες και μηχανικούς". (6η έκδοση) Νέα Υόρκη: W. Η. Freeman και Εταιρεία. ISBN 978-0-7167-8964-2.
• Young, Hugh D.; Freedman, Roger A. (2010). "Sears και Πανεπιστημιακή φυσική του Zeman: Με τη σύγχρονη φυσική." (13η έκδοση) Addison-Wesley (Pearson). ISBN 978-0-321-69686-1.