Elektrostatik Kuvvetler nelerdir? Coulomb yasası nedir, nasıl işler? Bu yasanın önemi ve elektrostatik kuvvetlerin hesaplanması.
Bilimde çeşitli kuvvet türleri vardır. Fizikçiler dört temel kuvvetle ilgilenir: yerçekimi kuvveti, zayıf nükleer kuvvet, güçlü nükleer kuvvet ve elektromanyetik kuvvet. Elektrostatik kuvvet, elektromanyetik kuvvetle ilişkilidir.
Kısa Özet;
- Elektrostatik kuvvet ayrıca Coulomb kuvveti veya Coulomb etkileşimi olarak da bilinir.
- Elektrik yüklü iki nesne arasındaki çekici veya itici güçtür.
- Yükler gibi birbirini iter, yüklerin aksine birbirini çeker.
- Coulomb yasası, iki yük arasındaki kuvvetin gücünü hesaplamak için kullanılır.
Elektrostatik Kuvvetlerin Tanımı
Elektrostatik kuvvetler, elektrik yüklerinden kaynaklanan parçacıklar arasındaki çekici veya itici kuvvetlerdir. Bu kuvvet Coulomb kuvveti veya Coulomb etkileşimi olarak da adlandırılır ve 1785’de kuvveti tanımlayan Fransız fizikçi Charles-Augustin de Coulomb için adlandırılmıştır.
Elektrostatik Kuvvet Nasıl Çalışır?
Elektrostatik kuvvet, bir atom çekirdeğinin çapının onda birine veya 10-16 m mesafeye etki eder. Aynı yükler gibi birbirini iter, zıt yükler birbirini çeker. Örneğin, iki pozitif yüklü proton iki katyon, iki negatif yüklü elektron veya iki anyon gibi birbirini iter.
Protonlar Neden Elektronlara Yapışmaz?
Protonlar ve elektronlar elektrostatik kuvvetlerden etkilenirken, protonlar elektronlarla birleşmek için çekirdeği terk etmezler çünkü birbirlerine ve güçlü nükleer kuvvet tarafından nötronlara bağlanırlar. Güçlü nükleer kuvvet, elektromanyetik kuvvetten çok daha güçlüdür, ancak çok daha kısa bir mesafe üzerinde hareket eder.
Bir anlamda, protonlar ve elektronlar bir atomda temas eder, çünkü elektronlar hem parçacıkların hem de dalgaların özelliklerine sahiptir. Bir elektronun dalga boyu, bir atomla boyut olarak karşılaştırılabilir, bu nedenle elektronlar zaten olduğundan daha yakın olamaz.
Coulomb Yasasını Kullanarak Elektrostatik Kuvvetin Hesaplanması
İki yüklü cisim arasındaki çekimin veya itmenin gücü veya gücü Coulomb yasası kullanılarak hesaplanabilir:
Burada F kuvvettir, k orantılılık faktörüdür, q1 ve q2 iki elektrik yüküdür ve r iki yükün merkezleri arasındaki mesafedir. Santimetre-gram-saniye birim sisteminde, k vakumda 1’e eşit olarak ayarlanmıştır. Metre-kilogram-saniye (SI) birim sisteminde, vakumda k kare coulomb başına 8.98 × 109 newton metrekaredir. Protonlar ve iyonlar ölçülebilir boyutlara sahipken, Coulomb yasası bunları nokta yükleri olarak kabul eder.
İki yük arasındaki kuvvetin, her bir yükün büyüklüğü ile doğru orantılı ve aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılı olduğunu belirtmek önemlidir.
Coulomb Yasasının Doğrulanması
Coulomb yasasını doğrulamak için çok basit bir deney yapabilirsiniz. Aynı kütleye sahip iki küçük topu asın ve bir miktar ihmal edilebilir bir kütleyle şarj edin. Toplara üç kuvvet etki edecektir: ağırlık (mg), ip üzerindeki gerilim (T) ve elektrik kuvveti (F). Toplar aynı yükü taşıdığından birbirlerini iterler. Dengede:
T sin θ = F ve T cos θ = mg
Coulomb yasası doğruysa:
F = mg tan θ
Coulomb Yasasının Önemi
Coulomb yasası kimya ve fizikte son derece önemlidir, çünkü bir atomun parçaları ile atomlar, iyonlar, moleküller ve moleküllerin parçaları arasındaki gücü tanımlar. Yüklü parçacıklar veya iyonlar arasındaki mesafe arttıkça, aralarındaki çekim veya itme kuvveti azalır ve bir iyonik bağ oluşumu daha az elverişli hale gelir. Yüklü parçacıklar birbirine yaklaştığında, enerji artar ve iyonik bağlanma daha uygundur.