Que sont les forces électrostatiques?

Il existe plusieurs types de les forces qui se rapportent à la science. Les physiciens traitent des quatre forces fondamentales: la force gravitationnelle, la force nucléaire faible, la force nucléaire forte et la force électromagnétique. La force électrostatique est associée à la force électromagnétique.

Les forces électrostatiques sont attrayantes ou répulsives les forces entre les particules causées par leurs charges électriques. Cette force est également appelée force de Coulomb ou interaction de Coulomb et doit son nom au physicien français Charles-Augustin de Coulomb, qui a décrit la force en 1785.

La force électrostatique agit sur une distance d'environ un dixième du diamètre d'un noyau atomique ou 10^-16 m. Comme les charges se repoussent, contrairement aux charges, elles s'attirent. Par exemple, deux protons chargés positivement se repoussent, tout comme deux cations, deux électrons chargés négativement ou deux anions. Les protons et les électrons sont attirés l'un vers l'autre, tout comme les cations et les anions.

Alors que les protons et les électrons sont attirés par les forces électrostatiques, les protons ne quittent pas le noyau pour se réunir avec les électrons car ils sont liés les uns aux autres et aux neutrons par le force nucléaire forte. La force nucléaire puissante est beaucoup plus puissante que la force électromagnétique, mais elle agit sur une distance beaucoup plus courte.

Dans un sens, les protons et les électrons se touchent dans un atome parce que les électrons ont des propriétés à la fois de particules et d'ondes. La longueur d'onde d'un électron est de taille comparable à celle d'un atome, de sorte que les électrons ne peuvent pas se rapprocher qu'ils ne le sont déjà.

La force ou la force de l'attraction ou de la répulsion entre deux corps chargés peut être calculée en utilisant La loi de coulomb:

F = kq₁q₂/ r²

Ici, F est la force, k est le facteur de proportionnalité, q₁ et q₂ sont les deux charges électriques, et r est la distance entre les centres des deux des charges. Dans le système d'unités centimètre-gramme-seconde, k est égal à 1 dans le vide. Dans le système d'unités de mètre-kilogramme-seconde (SI), k dans le vide est de 8,98 × 109 newton mètre carré par coulomb carré. Alors que les protons et les ions ont des tailles mesurables, la loi de Coulomb les traite comme des charges ponctuelles.

Il est important de noter que la force entre deux charges est directement proportionnelle à la magnitude de chaque charge et inversement proportionnelle au carré de la distance entre elles.

Vous pouvez mettre en place une expérience très simple pour vérifier la loi de Coulomb. Suspendez deux petites boules de même masse et chargez-les à partir d'une chaîne de masse négligeable. Trois forces agissent sur les billes: le poids (mg), la tension sur la corde (T) et la force électrique (F). Parce que les balles portent la même charge, elles se repousseront. À l'équilibre:

T sin θ = F et T cos θ = mg

Si la loi de Coulomb est correcte:

F = mg tan θ

La loi de Coulomb est extrêmement importante dans chimie et la physique, car il décrit la force entre les parties d'un atome et entre des atomes, des ions, molécules et parties de molécules. À mesure que la distance entre les particules ou les ions chargés augmente, la force d'attraction ou de répulsion entre elles diminue et la formation d'un liaison ionique devient moins favorable. Lorsque les particules chargées se rapprochent les unes des autres, l'énergie augmente et la liaison ionique est plus favorable.

Points clés à retenir: Force électrostatique

• 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). "Théorie électromagnétique intermédiaire." World Scientific. p. 50. ISBN 978-981-02-4471-2
• Tipler, Paul A.; Mosca, Gene (2008). "Physique pour les scientifiques et les ingénieurs." (6e éd.) New York: W. H. Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-8964-2.
• Young, Hugh D.; Freedman, Roger A. (2010). "Sears et Zemansky's University Physics: With Modern Physics." (13e éd.) Addison-Wesley (Pearson). ISBN 978-0-321-69686-1.