Wat zijn elektrostatische krachten?

Er zijn verschillende soorten krachten die betrekking hebben op de wetenschap. Natuurkundigen behandelen de vier fundamentele krachten: zwaartekracht, zwakke kernkracht, sterke kernkracht en elektromagnetische kracht. De elektrostatische kracht hangt samen met de elektromagnetische kracht.

Elektrostatische krachten zijn aantrekkelijk of afstotend krachten tussen deeltjes die worden veroorzaakt door hun elektrische ladingen. Deze kracht wordt ook wel de Coulomb-kracht of Coulomb-interactie genoemd en is zo genoemd naar de Franse natuurkundige Charles-Augustin de Coulomb, die de kracht in 1785 beschreef.

De elektrostatische kracht werkt over een afstand van ongeveer een tiende van de diameter van een atoomkern of 10^-16 m. Soortgelijke ladingen stoten elkaar af, terwijl in tegenstelling tot ladingen elkaar aantrekken. Zo stoten twee positief geladen protonen elkaar af, net als twee kationen, twee negatief geladen elektronen of twee anionen. Protonen en elektronen worden door elkaar aangetrokken, evenals kationen en anionen.

Terwijl protonen en elektronen worden aangetrokken door elektrostatische krachten, verlaten protonen de kern niet om samen te komen met elektronen omdat ze aan elkaar en aan neutronen zijn gebonden door de sterke kernkracht. De sterke kernkracht is veel krachtiger dan de elektromagnetische kracht, maar werkt over een veel kortere afstand.

In zekere zin raken protonen en elektronen elkaar in een atoom omdat elektronen eigenschappen hebben van zowel deeltjes als golven. De golflengte van een elektron is qua grootte vergelijkbaar met een atoom, dus elektronen kunnen niet dichterbij komen dan ze al zijn.

De sterkte of kracht van de aantrekkingskracht of afstoting tussen twee geladen lichamen kan worden berekend met De wet van Coulomb:

F = kq₁q₂/ r²

Hier is F de kracht, k is evenredigheidsfactor, q₁ en q₂ zijn de twee elektrische ladingen, en r is de afstand tussen de middelpunten van de twee kosten. In het systeem van eenheden van centimeter-gram-seconde wordt k in vacuüm op 1 gesteld. In het meter-kilogram-seconde (SI) systeem van eenheden is k in een vacuüm 8,98 x 109 Newton vierkante meter per vierkante coulomb. Hoewel protonen en ionen meetbare afmetingen hebben, behandelt de wet van Coulomb ze als puntladingen.

Het is belangrijk op te merken dat de kracht tussen twee ladingen recht evenredig is met de grootte van elke lading en omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de afstand ertussen.

U kunt een heel eenvoudig experiment opzetten om de wet van Coulomb te verifiëren. Hang twee kleine balletjes op met dezelfde massa en laad op uit een reeks verwaarloosbare massa. Drie krachten zullen op de ballen inwerken: het gewicht (mg), de spanning op de snaar (T) en de elektrische kracht (F). Omdat de ballen dezelfde lading dragen, stoten ze elkaar af. Bij evenwicht:

T sin θ = F en T cos θ = mg

Als de wet van Coulomb correct is:

F = mg bruin θ

De wet van Coulomb is buitengewoon belangrijk in chemie en natuurkunde omdat het de kracht beschrijft tussen delen van een atoom en tussen atomen, ionen, moleculen en delen van moleculen. Naarmate de afstand tussen geladen deeltjes of ionen toeneemt, neemt de aantrekkingskracht of afstoting daartussen af ​​en ontstaat er een ionbinding wordt minder gunstig. Wanneer geladen deeltjes dichter bij elkaar komen, neemt de energie toe en is ionische binding gunstiger.

Belangrijkste punten: elektrostatische kracht

• 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). "Tussenliggende elektromagnetische theorie." World Scientific. p. 50. ISBN 978-981-02-4471-2
• Tipler, Paul A.; Mosca, Gene (2008). 'Fysica voor wetenschappers en ingenieurs.' (6e 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 University Physics: With Modern Physics.' (13e ed.) Addison-Wesley (Pearson). ISBN 978-0-321-69686-1.