Definizioni di chimica Cosa sono le forze elettrostatiche?

Esistono diversi tipi di forze legate 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.

Definizione delle forze elettrostatiche 

Le forze elettrostatiche sono forze attrattive o repulsive tra le 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 1795.

Come funziona la forza elettrostatica

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.

Perché i protoni non si attaccano agli elettroni

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 dalla 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.

Calcolo della forza elettrostatica usando la legge di Coulomb

La forza o la forza dell'attrazione o della repulsione tra due corpi carichi può essere calcolata usando la 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 cariche. 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 all'entità di ciascuna carica e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro.

Verifica della legge di Coulomb

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

L'importanza della legge di Coulomb

La legge di Coulomb è estremamente importante in chimica e fisica perché descrive la forza tra 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

• La forza elettrostatica è anche nota come forza di Coulomb o interazione di Coulomb.
• È la forza attrattiva o repulsiva tra due oggetti caricati elettricamente.
• Cariche simili si respingono mentre a differenza di cariche si attraggono.
• La legge di Coulomb viene utilizzata per calcolare la forza della forza tra due cariche.

fonti

• Coulomb, Charles Augustin (1788) [1785]. "Premier mémoire sur l'electricité et le magnétisme." Storia dell'Académie Royale des Sciences. Imprimerie Royale. pagg. 569-577.
• Coulomb, Charles Augustin (1788) [1785]. "Secondo mémoire sur l'elettricité et le magnétisme." Storia dell'Académie Royale des Sciences. Imprimerie Royale. pagg. 578-611.
• 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.