Quali sono le forze elettrostatiche?

Esistono diversi tipi di forze che si riferiscono alla scienza. I fisici affrontano le quattro forze fondamentali: forza gravitazionale, forza nucleare debole, forza nucleare forte e forza elettromagnetica. La forza elettrostatica è associata alla forza elettromagnetica.

Le forze elettrostatiche sono attraenti o repulsive forze tra particelle causate dalle loro cariche elettriche. Questa forza è anche chiamata forza di Coulomb o interazione di Coulomb ed è così chiamata per il fisico francese Charles-Augustin de Coulomb, che descrisse la forza nel 1785.

La forza elettrostatica agisce su una distanza di circa un decimo del diametro di un nucleo atomico o 10^-16 m. Cariche simili si respingono a vicenda, mentre a differenza di cariche si attraggono. Ad esempio, due protoni con carica positiva si respingono a vicenda come due cationi, due elettroni con carica negativa o due anioni. Protoni ed elettroni sono attratti l'uno dall'altro e così pure catione e anioni.

Mentre i protoni e gli elettroni sono attratti dalle forze elettrostatiche, i protoni non lasciano il nucleo per riunirsi con gli elettroni perché sono legati l'uno all'altro e ai neutroni dal forte forza nucleare. La forte forza nucleare è molto più potente della forza elettromagnetica, ma agisce su una distanza molto più breve.

In un certo senso, i protoni e gli elettroni si toccano in un atomo perché gli elettroni hanno proprietà sia delle particelle che delle onde. La lunghezza d'onda di un elettrone è di dimensioni paragonabili a un atomo, quindi gli elettroni non possono avvicinarsi di quanto non siano già.

La forza o la forza dell'attrazione o della repulsione tra due corpi carichi può essere calcolata usando Legge di Coulomb:

F = kq₁q₂/ r²

Qui, F è la forza, k è il fattore di proporzionalità, q₁ e q₂ sono le due cariche elettriche e r è la distanza tra i centri delle due oneri. Nel sistema di unità centimetro-grammo di secondo, k è impostato su uguale a 1 nel vuoto. Nel sistema di unità metro-chilogrammo-secondo (SI), k nel vuoto è 8,98 × 109 newton metro quadrato per coulomb quadrato. Mentre protoni e ioni hanno dimensioni misurabili, la legge di Coulomb li tratta come accuse puntuali.

È importante notare che la forza tra due cariche è direttamente proporzionale alla grandezza di ciascuna carica e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro.

Puoi impostare un esperimento molto semplice per verificare la legge di Coulomb. Sospendi due palline con la stessa massa e carica da una serie di massa trascurabile. Tre sfere agiranno sulle sfere: il peso (mg), la tensione sulla corda (T) e la forza elettrica (F). Poiché le palle portano la stessa carica, si respingono a vicenda. All'equilibrio:

T sin θ = F e T cos θ = mg

Se la legge di Coulomb è corretta:

F = mg abbronzatura θ

La legge di Coulomb è estremamente importante in chimica e fisica perché descrive la forza tra le parti di un atomo e tra atomi, ioni, molecole e parti di molecole. All'aumentare della distanza tra particelle cariche o ioni, la forza di attrazione o repulsione tra loro diminuisce e la formazione di un legame ionico diventa meno favorevole. Quando le particelle cariche si avvicinano l'una all'altra, l'energia aumenta e il legame ionico è più favorevole.

Key Takeaways: Forza elettrostatica

• Coulomb, Charles Augustin (1788) [1785]. "Premier mémoire sur l'electricité et the magnétisme. "Storia dell'Académie Royale des Sciences. Imprimerie Royale. pp. 569–577.
• Stewart, Joseph (2001). "Teoria elettromagnetica intermedia." World Scientific. p. 50. ISBN 978-981-02-4471-2
• Tipler, Paul A.; Mosca, Gene (2008). "Fisica per scienziati e ingegneri". (6 ° ed.) New York: W. H. Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-8964-2.
• Young, Hugh D.; Freedman, Roger A. (2010). "Sears and Zemansky's Physics University: With Modern Physics." (13 ° ed.) Addison-Wesley (Pearson). ISBN 978-0-321-69686-1.