Mitkä ovat sähköstaattiset voimat?

Niitä on useita tyyppejä voimat jotka liittyvät tieteeseen. Fyysikot käsittelevät neljää perusvoimaa: painovoima, heikko ydinvoima, voimakas ydinvoima ja sähkömagneettinen voima. Sähköstaattinen voima liittyy sähkömagneettiseen voimaan.

Sähköstaattiset voimat ovat houkuttelevia tai torjuvia voimat hiukkasten välillä, jotka johtuvat niiden sähkövarauksista. Tätä voimaa kutsutaan myös Coulomb-voimeksi tai Coulomb-vuorovaikutukseksi, ja se on nimetty ranskalaiselle fyysikolle Charles-Augustin de Coulombille, joka kuvasi voiman vuonna 1785.

Sähköstaattinen voima vaikuttaa etumatkan, joka on noin kymmenesosa atomin ytimen halkaisijasta tai 10^-16 m. Kuten syytteet torjuvat toisiaan, kun taas toisin kuin maksut houkuttelevat toisiaan. Esimerkiksi, kaksi positiivisesti varautunutta protonia hylkivät toisiaan samoin kuin kaksi kationia, kaksi negatiivisesti varautunutta elektronia tai kaksi anionia. Protonit ja elektronit vetoavat toisiinsa, samoin kuin kationit ja anionit.

Vaikka protoneja ja elektroneja houkuttelevat sähköstaattiset voimat, protonit eivät poistu ytimestä tullakseen yhteen elektronien kanssa, koska ne ovat sitoutuneet toisiinsa ja neutroneihin voimakas ydinvoima. Vahva ydinvoima on paljon voimakkaampi kuin sähkömagneettinen voima, mutta se toimii paljon lyhyemmällä etäisyydellä.

Tietyssä mielessä protonit ja elektronit koskettavat atomia, koska elektronilla on sekä hiukkasten että aaltojen ominaisuuksia. Elektronin aallonpituus on kooltaan verrattavissa atomiin, joten elektronit eivät pääse lähemmäksi kuin ne ovat jo.

Kahden varautuneen rungon välisen vetovoiman tai heikentymisen voimakkuus tai voima voidaan laskea käyttämällä Coulombin laki:

F = kq₁q₂/ R²

Tässä F on voima, k on suhteellisuuskerroin, q₁ ja q₂ ovat kaksi sähkövarausta, ja r on näiden kahden keskuksen välinen etäisyys maksut. Yksiköiden senttimetra-sekunnin yksikköjärjestelmässä k asetetaan yhtä suureksi kuin 1 tyhjössä. Metakilogramman sekunnin (SI) yksikköjärjestelmässä k tyhjiössä on 8,98 × 109 newtonia neliömetriä neliökohtaista coulombia kohti. Vaikka protoneilla ja ioneilla on mitattavissa olevat koot, Coulombin laki käsittelee niitä pistevarauksina.

On tärkeää huomata, että kahden varauksen välinen voima on suoraan verrannollinen kunkin varauksen suuruuteen ja kääntäen verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön.

Voit suorittaa hyvin yksinkertaisen kokeen Coulombin lain tarkistamiseksi. Suspendoidaan kaksi pientä palloa, joilla on sama massa, ja lataa merkityksettömästä nauhasta. Palloihin vaikuttaa kolme voimaa: paino (mg), narun jännitys (T) ja sähkövoima (F). Koska palloissa on sama varaus, ne hylkivät toisiaan. Tasapainossa:

T sin θ = F ja T cos θ = mg

Jos Coulombin laki on oikea:

F = mg tan θ

Coulombin laki on erittäin tärkeä vuonna kemia ja fysiikka, koska se kuvaa voimaa atomin osien välillä ja välillä atomia, ionit, molekyylit ja molekyylien osat. Kun varautuneiden hiukkasten tai ionien välinen etäisyys kasvaa, niiden välinen vetovoima tai heikentymisvoima vähenee ja muodostuu ionisidos tulee epäsuotuisammaksi. Kun varautuneet hiukkaset liikkuvat lähemmäksi toisiaan, energia kasvaa ja ioninen sitoutuminen on edullisempaa.

Avainasemassa: Sähköstaattinen voima

• Coulomb, Charles Augustin (1788) [1785]. "Premier mémoire sur l'électricité et le magnétisme. "Historia de l'Académie Royale des Sciences. Imprimerie Royale. ss. 569–577.
• Stewart, Joseph (2001). "Keskimääräinen sähkömagneettinen teoria." World Scientific. s. 50. ISBN 978-981-02-4471-2
• Tipler, Paul A.; Mosca, Gene (2008). "Fysiikka tutkijoille ja insinööreille." (6. painos) New York: W. H. Freeman ja yritys. ISBN 978-0-7167-8964-2.
• Nuori, Hugh D.; Freedman, Roger A. (2010). "Sears ja Zemanskyn yliopistofysiikka: Nykyfysiikan kanssa." (13. painos) Addison-Wesley (Pearson). ISBN 978-0-321-69686-1.