ما هي قوى كهرباء؟

هناك عدة أنواع من القوات التي تتعلق بالعلم. يتعامل الفيزيائيون مع القوى الأساسية الأربعة: قوة الجاذبية ، القوة النووية الضعيفة ، القوة النووية القوية ، والقوة الكهرومغناطيسية. ترتبط القوة الكهروستاتيكية بالقوة الكهرومغناطيسية.

القوى الكهروستاتيكية جذابة أو بغيضة القوات بين الجسيمات التي تسببها الشحنات الكهربائية. وتسمى هذه القوة أيضًا قوة كولوم أو تفاعل كولوم وتسمى أيضًا بالفيزيائي الفرنسي تشارلز أوغسطين دي كولوم ، الذي وصف القوة في عام 1785.

تعمل القوة الإلكتروستاتيكية على مسافة تبلغ حوالي عشر قطر النواة الذرية أو 10^-16 م. مثل الرسوم تتنافر مع بعضها البعض ، بينما على عكس الاتهامات تجذب بعضها البعض. على سبيل المثال ، هناك بروتونان موجب الشحنة يطردان بعضهما البعض مثلما يفعل الكاتيون ، إلكترونان سالبان الشحنة ، أو أنيون. تنجذب البروتونات والإلكترونات لبعضها البعض وكذلك الكاتيون والأنيونات.

بينما تنجذب البروتونات والإلكترونات بواسطة القوى الإلكتروستاتيكية ، لا تترك البروتونات النواة لتلتقي بالإلكترونات لأنها مرتبطة ببعضها البعض وبالنيوترونات بواسطة

بمعنى ما ، تلامس البروتونات والإلكترونات في الذرة لأن الإلكترونات لها خصائص كل من الجسيمات والموجات. الطول الموجي للإلكترون مشابه في الحجم للذرة ، لذلك لا يمكن أن تقترب الإلكترونات مما هي عليه بالفعل.

يمكن حساب قوة أو قوة الجذب أو التنافر بين جسدين مشحونين باستخدام قانون كولوم:

F = kq₁س₂/ ص²

هنا ، F هي القوة ، k هي عامل التناسب ، q₁ وس₂ هما الشحنتان الكهربائيتان ، و r هي المسافة بين مركزي الاثنين شحنة. في نظام الوحدات بالسنتيمتر-جرام ، يتم تعيين k على يساوي 1 في الفراغ. في نظام الوحدات بالكيلومتر والثاني (SI) ، k في الفراغ هو 8.98 × 109 نيوتن متر مربع لكل كولوم مربع. في حين أن البروتونات والأيونات لها أحجام قابلة للقياس ، فإن قانون كولوم يعاملها على أنها رسوم نقطية.

من المهم ملاحظة أن القوة بين شحنتين تتناسب طرديا مع حجم كل شحنة وتتناسب عكسيا مع مربع المسافة بينهما.

يمكنك إعداد تجربة بسيطة للغاية للتحقق من قانون كولوم. قم بتعليق كرتين صغيرتين بنفس الكتلة وشحنهما من سلسلة من الكتلة الضئيلة. ستعمل ثلاث قوى على الكرات: الوزن (ملغ) ، والتوتر على الخيط (T) ، والقوة الكهربائية (F). لأن الكرات تحمل نفس الشحنة ، فإنها تتنافر. في التوازن:

T sin θ = F و T cos θ = mg

إذا كان قانون كولوم صحيحًا:

F = مجم تان θ

قانون كولوم مهم للغاية في كيمياء والفيزياء لأنه يصف القوة بين أجزاء الذرة وبينها ذرات, أيوناتوالجزيئات وأجزاء الجزيئات. كلما زادت المسافة بين الجسيمات أو الأيونات المشحونة ، تنخفض قوة الجذب أو التنافر بينهما وتكوين الرابطة الأيونية يصبح أقل ملاءمة. عندما تقترب الجسيمات المشحونة من بعضها البعض ، تزداد الطاقة ويكون الارتباط الأيوني أكثر ملاءمة.

الوجبات الجاهزة الرئيسية: القوة الكهروستاتيكية

• كولوم ، تشارلز أوغستين (1788) [1785]. "رئيس الوزراء الممتاز للكهرباء والمغناطيسية"Histoire de l’Académie Royale des Sciences. إيمبريري رويال. ص. 569–577.
• ستيوارت ، جوزيف (2001). "النظرية الكهرومغناطيسية الوسيطة." العالم العلمي. ص. 50. ردمك 978-981-02-4471-2
• تيبلر ، بول أ. موسكا ، جين (2008). "الفيزياء للعلماء والمهندسين". (الطبعة السادسة) نيويورك: دبليو. H. فريمان وشركاه. ردمك 978-0-7167-8964-2.
• يونغ ، هيو د. فريدمان ، روجر أ. (2010). "سيرز وجامعة زيمانسكي الفيزياء: مع الفيزياء الحديثة." (الطبعة ال 13) أديسون ويسلي (بيرسون). ردمك 978-0-321-69686-1.