Определения химии: что такое электростатические силы?

Есть несколько типов сил, связанных с наукой. Физики имеют дело с четырьмя фундаментальными силами: гравитационной силой, слабой ядерной силой, сильной ядерной силой и электромагнитной силой. Электростатическая сила связана с электромагнитной силой.

Определение электростатических сил

Электростатические силы – это силы притяжения или отталкивания между частицами, которые вызваны их электрическими зарядами. Эта сила также называется кулоновской силой или кулоновским взаимодействием и названа так в честь французского физика Шарля-Огюстена де Кулона, описавшего силу в 1785 году.

Как работает электростатическая сила

Электростатическая сила действует на расстоянии примерно одной десятой диаметра атомного ядра или 10 ^-16 м. Одинаковые обвинения отталкивают друг друга, а разные обвинения притягивают друг друга. Например, два положительно заряженных протона отталкиваются друг от 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 собраться вместе с электронами, потому что они связаны друг с другом и с нейтронами сильной ядерной силой. Сильное ядерное взаимодействие намного мощнее электромагнитного, но оно действует на гораздо меньшем расстоянии.

В некотором смысле протоны и электроны соприкасаются друг с другом. атом, потому что электроны обладают свойствами как частиц, так и волн. Длина волны электрона сравнима по размеру с атомом, поэтому электроны не могут подойти 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 ₁q₂/r²

Здесь F – сила, k – коэффициент пропорциональности, q ₁ и q ₂ – два электрических заряда, а r – расстояние между центрами двух обвинений. В системе единиц сантиметр-грамм-секунда k устанавливается равным 1 в вакууме. В системе единиц метр-килограмм-секунда (СИ) k в вакууме составляет 8,98 × 109 ньютон-квадратный метр 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 каждый заряд и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними.

Проверка закона Кулона

Вы можете настроить очень простой эксперимент для проверки закона Кулона. Подвесьте два маленьких шара с одинаковой массой и зарядом на веревке незначительной массы.. На шары действуют три силы: вес (мг), натяжение струны (T) и электрическая сила (F). Поскольку шары несут одинаковый заряд, они отталкиваются друг от друга. В состоянии равновесия:

T sin θ = F и T cos θ = mg

Если закон Кулона верен:

F = mg tan θ

Важность Закон Кулона

Закон Кулона чрезвычайно важен в химии и физике, поскольку 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 приближаются друг к другу, энергия увеличивается, и ионная связь становится более благоприятной.

Дополнительные ссылки

• Кулон, Чарльз Огюстен (1788) [1785]. «Премьер воспоминания о электричестве и магнетизме». Histoire de l’Académie Royale des Sciences. Imprimerie Royale. С. 569–577.
• Стюарт, Джозеф (2001). «Промежуточная электромагнитная теория». World Scientific. п. 50. ISBN 978-981-02-4471-2
• Tipler, Paul A .; Моска, Джин (2008). «Физика для ученых и инженеров». (6-е изд.) Нью-Йорк: В. Х. Фриман и компания. ISBN 978-0-7167-8964-2.
• Янг, Хью Д.; Фридман, Роджер А. (2010). «Физика Университета Сирса и Земанского: с современной физикой». (13-е изд.) Эддисон-Уэсли (Пирсон). ISBN 978-0-321-69686-1.