O que são forças eletrostáticas?

Existem vários tipos de forças que se relacionam com a ciência. Os físicos lidam com as quatro forças fundamentais: força gravitacional, força nuclear fraca, força nuclear forte e força eletromagnética. A força eletrostática está associada à força eletromagnética.

Forças eletrostáticas são atraentes ou repulsivas forças entre partículas causadas por suas cargas elétricas. Essa força também é chamada de força Coulomb ou interação Coulomb e é assim denominada pelo físico francês Charles-Augustin de Coulomb, que descreveu a força em 1785.

A força eletrostática atua a uma distância de cerca de um décimo do diâmetro de um núcleo atômico ou 10^-16 m. Encargos semelhantes se repelem, enquanto encargos diferentes se atraem. Por exemplo, dois prótons carregados positivamente se repelem, assim como dois cátions, dois elétrons carregados negativamente ou dois ânions. Prótons e elétrons são atraídos um pelo outro, assim como cátions e ânions.

Enquanto prótons e elétrons são atraídos por forças eletrostáticas, os prótons não deixam o núcleo para se reunir com os elétrons, porque eles estão ligados um ao outro e aos nêutrons pelo força nuclear forte. A força nuclear forte é muito mais poderosa que a força eletromagnética, mas atua a uma distância muito menor.

Em certo sentido, prótons e elétrons estão tocando em um átomo, porque os elétrons têm propriedades de partículas e ondas. O comprimento de onda de um elétron é comparável em tamanho a um átomo, portanto, os elétrons não podem se aproximar mais do que já são.

A força ou força da atração ou repulsão entre dois corpos carregados pode ser calculada usando Lei de Coulomb:

F = kq₁q₂/ r²

Aqui, F é a força, k é fator de proporcionalidade, q₁ eq₂ são as duas cargas elétricas er é a distância entre os centros das duas cobranças. No sistema de unidades centímetro-grama-segundo, k é definido como igual a 1 no vácuo. No sistema de unidades metro-quilograma-segundo (SI), k no vácuo é 8,98 × 109 newton metro quadrado por coulomb quadrado. Enquanto prótons e íons têm tamanhos mensuráveis, a lei de Coulomb os trata como cargas pontuais.

É importante observar que a força entre duas cargas é diretamente proporcional à magnitude de cada carga e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas.

Você pode configurar um experimento muito simples para verificar a lei de Coulomb. Suspenda duas bolinhas com a mesma massa e carregue a partir de um fio de massa desprezível. Três forças atuam sobre as bolas: o peso (mg), a tensão na corda (T) e a força elétrica (F). Como as bolas carregam a mesma carga, elas se repelem. Em equilíbrio:

T sen θ = F e T cos θ = mg

Se a lei de Coulomb estiver correta:

F = mg tan θ

A lei de Coulomb é extremamente importante química e física, porque descreve a força entre partes de um átomo e entre átomos, íons, moléculas e partes de moléculas. À medida que a distância entre partículas carregadas ou íons aumenta, a força de atração ou repulsão entre elas diminui e a formação de um ligação iônica torna-se menos favorável. Quando as partículas carregadas se aproximam, a energia aumenta e a ligação iônica é mais favorável.

Principais tópicos: força eletrostática

• Coulomb, Charles Augustin (1788) [1785]. "Premier Memória no Eletricista e Magnético. "História da Academia Real de Ciências. Imprimerie Royale. pp. 569–577.
• Stewart, Joseph (2001). "Teoria eletromagnética intermediária." World Scientific. p. 50. ISBN 978-981-02-4471-2
• Tipler, Paul A.; Mosca, Gene (2008). "Física para cientistas e engenheiros." (6a ed.) Nova York: W. H. Freeman e companhia. ISBN 978-0-7167-8964-2.
• Young, Hugh D.; Freedman, Roger A. (2010). "Física da Universidade de Sears e Zemansky: com a física moderna". (13a ed.) Addison-Wesley (Pearson). ISBN 978-0-321-69686-1.