что, как и подробные факты —

В этой статье мы обсудим, как электростатическая сила и заряд частицы, между которыми действует электростатическая сила, зависят друг от друга.

Электростатическая сила представляет собой силу притяжения и отталкивания между двумя разноименными и подобными зарядами соответственно и напрямую зависит от произведения заряженных частиц.

Является ли электрическая сила прямо пропорциональной заряду?

Электрическая сила напрямую зависит от произведения двух зарядов и от расстояния между ними.

Если д₁ и д₂ оба подобны заряженным частицам, тогда электростатическая сила положительна и отталкивает; и если оба состоят из разных зарядов, то есть если один положительный, а другой отрицательный, то электростатическая сила будет отрицательной и притягивающей.

Компания электрическая сила связано с зарядом частицы формулой

F=1/ 4πɛ (q₁q₂/r²)

Где 1/4πɛ=9*10⁹Nm²/C²

е =8. 85*10^-12Nm²/C²

q₁ и д₂ две заряженные частицы и

d — расстояние между двумя зарядами

Так как,FA∝Bq₁q₂

Если произведение зарядов отрицательно, то электростатическая сила отрицательна и сила между двумя зарядами есть притяжение.

И если произведение положительно, то сила между двумя зарядами является силой отталкивания, а сила положительна.

Подобно произведению зарядов, электростатическая сила также зависит от расстояния, соединяющего две заряженные частицы, в обратной зависимости. Если зазор между двумя одинаковыми зарядами увеличивается, то эффект электростатической силы между ними уменьшается. Если расстояние, разделяющее два разноименных заряда, увеличивается, то вместе с расстоянием увеличивается и сила притяжения.

Подробнее о Электростатическая сила и расстояние: что, когда, как и подробные факты.

Задача 1. Рассмотрим две заряженные частицы Q₁Q₂Q₃и Q₄ с зарядом -1С, 3С, -2С и 1С соответственно. Рассчитайте электростатическую силу, действующую на частицу Q.₁.Рис. Электростатическая сила между заряженными частицами

Решение: Электростатическая сила на частице Q₁ из-за заряда Q₂ is

F₁=1/ 4πɛ (q₁q₂/r²)

= 9 * 10⁹(-3 / 4)

= -6.75 * 10⁹N

Электростатическая сила на частице Q₁ из-за заряда Q₃ is

F₂=1/ 4πɛ (q₁q₂/r²)

= 9 * 10⁹ (-1С)* (-2С)(2.8)²

= 9 * 10⁹*{2/7.84}

= 2.3 * 9 * 10⁹N

Электростатическая сила на частице Q₁ из-за заряда Q₄ is

F₂=1/ 4πɛ (q₁q₂/r²)

= 9 * 10⁹ (-1С)* (-2С)(2)²

= 9 * 10⁹*{1/4}

= -2. 25 * 10⁹N

Следовательно результирующая сила, действующая на заряд Q1 — это

Ф=Ф₁+F₂+F₃

=(-6.75+2.3+(-2.25))*10⁹

= -6.7 * 10⁹N

Таким образом, мы можем видеть, что если произведение двух зарядов положительно, то электростатическая сила будет положительной, в противном случае она будет отрицательной, что является силой притяжения.

Подробнее о Электрическое поле между двумя пластинами: формула, величина, направление, имп. Часто задаваемые вопросы.

Электростатическая сила на заряде в электрическом поле

Электростатическая сила — это сила, действующая между заряженными частицами, находящимися на некотором расстоянии друг от друга.

Сила, приложенная одной заряженной частицей к другому носителю заряда, прямо пропорциональна электрическому полю, создаваемому ею самой, и общему заряду частицы, на которую действует сила.

Если сила двух носителей заряда определяется соотношением F=1/4πɛ (q₁q₂/r²), то электрическое поле заряда q₁ это Е₁=1/ 4πɛ (q₁/r₁²) и электрическое поле заряда q₂ это Е₂=1/ 4πɛ (q₂/r₂²)

Следовательно, электростатическая сила, действующая на заряд q₁ из-за заряда q₂ F=q₁E₁, а электростатическая сила, действующая на заряд q₂ из-за заряда q₁ F=q₂E₂.

Теперь мы можем сказать, что E=F/q

Электрическое поле есть отношение электростатической силы и заряда носителя. Электростатическая сила сохраняется в пределах диапазона электрического поля, создаваемого заряженной частицей.

Подробнее о электростатика.

Задача 2: Каково электрическое поле, создаваемое частицей с зарядом +3C на расстоянии 3 см? С какой силой он будет действовать на заряд +1 Кл, расположенный на расстоянии 5 см?

Данный: q₁=+3С

q₂=+1С

r₁= 3 см

r₂= 5 смРис. Электростатическая сила между двумя зарядами

Электрическое поле, вызванное зарядом +3C на расстоянии 3 см, равно

E₁=1/ 4πɛ (q₁/r₁²)

= 9 * 10⁹(3 / 3²)

= 3 * 10⁹N

Электростатическая сила между двумя частицами равна

F=1/ 4πɛ (q₁q₂/r²)

= 9 * 10⁹*{3*1/5²}

= 9 * 10⁹*{3/25}

= 1. 08 * 10⁹ N

Подробнее о Консервативна ли электростатическая сила: исчерпывающие выводы.

Как электростатическая сила действует на заряды?

Заряженные частицы создают собственное электрическое поле по подвижности и ограничиваются зарядом частицы и зазором, отделяющим ее от других зарядов.

Носитель отрицательного заряда будет оказывать притяжение на положительно заряженную частицу и силу отталкивания на отрицательно заряженную частицу.

Носитель заряда будет формировать электрическое поле, в котором будет действовать эта сила притяжения или отталкивания. Электростатическая сила между одноименными зарядами всегда является силой отталкивания, потому что они имеют тенденцию отдаляться друг от друга, поскольку носители заряда у них одни и те же, и они вращаются в противоположном направлении, чтобы разойтись.

Если две частицы состоят из разноименных зарядов, то они проявят силу притяжения друг к другу, поскольку отрицательный заряд хочет соединиться с положительным зарядом, чтобы стать нейтральным.

Подробнее о Net Electrostatic Force: как найти, проблемы и часто задаваемые вопросы.

Часто задаваемые вопросы

Чему равна электростатическая сила между протоном и электроном, находящимся на расстоянии 1 фм?

Имеем d=1fm=10^-15m

Заряд протона q₁= 1.6 * 10^-19

Заряд электрона q₁= -1.6 * 10^-19

Следовательно, электростатическая сила между двумя заряженными частицами равна

E=1/ 4πɛ (q₁q₂/r²)

= 9 * 10⁹* 1.6 * 10^-19 * 1.6 * 10^-19/ (10^-15)²

= 230.4 Н

Электростатическая сила между электроном и протоном равна 230.4 Н.

Чем электростатическая сила отличается от гравитационной?

Электростатическая сила определяется как F=Kq₁q₂/r² где К=9*10⁹Nm²/C² а сила тяжести определяется соотношением F_G=G м₁m₂/r² где G=6. 67*10^-11 Nm²Kg².

Сила между двумя зарядами называется электростатической силой, которая может быть притягивающей или отталкивающей, тогда как сила гравитации между двумя объектами, имеющими массы, называется гравитационной силой и всегда является силой притяжения.

Как электрическое поле зависит от электростатической силы?

Даже одна заряженная частица может генерировать свой собственный диапазон электрического поля, в пределах которого она оказывает электростатическую силу на другие заряженные частицы.

Электростатические силы, действующие между частицами, заставляют частицы либо отталкиваться друг от друга, либо притягиваться. поле прямо пропорционально электростатической силе.

Что означает отрицательная электростатическая сила?

Отрицательный электростатическая сила подразумевает силу притяжения между двумя заряженными частицами.

В нем говорится, что произведение двух заряженных частиц отрицательно, то есть один из зарядов положительный, а другой отрицательно заряженный.

Какие виды электростатических сил существуют?

В зависимости от большинства носителей заряда электростатическая сила подразделяется на силу притяжения и силу отталкивания.

Эти силы полностью зависят от заряда, который несет частица. Отрицательный заряд покажет силу притяжения к положительно заряженной частице и силу отталкивания к отрицательно заряженной частице.

1. Электростатическая сила. Точечные электрические заряды. Взаимодействие зарядов. Закон Кулона.

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.

Электрический заряд обычно обозначается буквами q или Q.

Совокупность всех известных экспериментальных фактов позволяет сделать следующие выводы:

• Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными.

• Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому. В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд.

• Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. В этом также проявляется принципиальное отличие электромагнитных сил от гравитационных. Гравитационные силы всегда являются силами притяжения.

Одним из фундаментальных законов природы является экспериментально установленный закон сохранения электрического заряда.

В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной:

q1 + q2 + q3 + … +qn = const.

Закон сохранения электрического заряда утверждает, что в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака.

С современной точки зрения, носителями зарядов являются элементарные частицы. Все обычные тела состоят из атомов, в состав которых входят положительно заряженные протоны, отрицательно заряженные электроны и нейтральные частицы – нейтроны. Протоны и нейтроны входят в состав атомных ядер, электроны образуют электронную оболочку атомов. Электрические заряды протона и электрона по модулю в точности одинаковы и равны элементарному заряду e.

e = 1,602177·10–19 Кл ≈ 1,6·10–19 Кл.

В нейтральном атоме число протонов в ядре равно числу электронов в оболочке. Это число называется атомным номером. Атом данного вещества может потерять один или несколько электронов или приобрести лишний электрон. В этих случаях нейтральный атом превращается в положительно или отрицательно заряженный ион.

Заряд может передаваться от одного тела к другому только порциями, содержащими целое число элементарных зарядов.

Таким образом, электрический заряд тела – дискретная величина:

Точечным зарядом называют заряженное тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.

На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:

Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:

Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона: Они являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках. Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Раздел электродинамики, изучающий кулоновское взаимодействие, называют электростатикой.

Закон Кулона справедлив для точечных заряженных тел. Практически закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними.

Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона зависит от выбора системы единиц. В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон (Кл).

Кулон – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А. Единица силы тока (ампер) в СИ является наряду с единицами длины, времени и массы основной единицей измерения.

Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде:

где – электрическая постоянная.  

Опыт показывает, что силы кулоновского взаимодействия подчиняются принципу суперпозиции.

Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел.

Электростатическая сила — значение, закон Кулона и решенные примеры



Заряд является характеристическим свойством массы. Есть два типа зарядов, положительный заряд и отрицательный заряд. Фундаментальный заряд – это заряд электрона. Когда два заряда взаимодействуют друг с другом, между ними существует сила, называемая электростатической силой. Величина электростатической силы между двумя зарядами определяется законом Кулона. Здесь мы подробно обсудим электростатическую силу и закон Кулона, который описывает электростатическую силу, действующую между двумя зарядами.

Электростатическая сила, действующая между двумя зарядами

Что такое электростатическая сила?. Электростатическая сила — одна из фундаментальных сил во Вселенной. Во Вселенной действуют четыре фундаментальные силы. Это сильное ядерное взаимодействие, электромагнитное взаимодействие, слабое ядерное взаимодействие и гравитационное взаимодействие. Электростатическая сила подчиняется электромагнитной силе. Электростатическая сила существует между двумя зарядами, расположенными на расстоянии. Величина электростатической силы зависит от величины каждого заряда и расстояния между ними.

Когда два положительных заряда или два отрицательных заряда соединяются вместе, два заряда отталкиваются друг от друга. Электростатическая сила, действующая между двумя одноименными зарядами, называется электростатической силой отталкивания. Когда два противоположных заряда сближаются, два заряда притягиваются друг к другу. Тогда электростатическая сила, действующая между двумя противоположными зарядами, называется электростатической силой отталкивания. Поэтому можно сказать, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Электростатическая сила, действующая между двумя зарядами, тем больше, чем больше величина двух зарядов. Электростатическая сила больше, когда расстояние между двумя зарядами меньше.

Давайте рассмотрим несколько примеров электростатической силы. Мы можем провести простой эксперимент, чтобы наблюдать электростатическую силу. Возьмите лист бумаги и разрежьте его на очень маленькие кусочки бумаги. Затем, используя сухие весы или линейку, энергично втирайте его в сухие волосы и повторяйте в течение некоторого времени. Поработав некоторое время, поднесите линейку к крошечным кусочкам бумаги. Вы можете заметить, что кусочки бумаги притягиваются к линейке. Это связано с тем, что когда линейкой трутся о сухие волосы, электроны передаются, и между ними действует электростатическая сила, которая заставляет бумагу притягиваться к линейке. Еще одно простое упражнение для визуализации электростатической силы — поднести руку ближе к экрану телевизора. Затем вы можете заметить, что волоски кожи притягиваются к экрану телевизора. Это связано с тем, что экран телевизора заряжается из-за электронно-лучевой трубки внутри телевизора, которая поляризует волосы на коже, и образуется электростатическая сила, которая притягивает волосы на коже. Вышеуказанные действия являются примерами электростатической силы.

Закон электростатической силы Кулона

Величина электростатической силы определяется законом Кулона. Согласно закону электростатической силы Кулона, электростатическая сила, действующая между двумя зарядами, прямо пропорциональна произведению величины зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между двумя зарядами.

(Изображение скоро будет загружено)

Рассмотрим два заряда q ₁ и q ₂ , расположенных на расстоянии r друг от друга. Тогда электростатическая сила, действующая между двумя зарядами, определяется выражением

FE=kq1q2r2″ role=»presentation»>FE=kq1q2r2

Where,

F _E — Electrostatic force between two charges q _{1 and q 2 .}

k- Coulomb’s constant

q ₁ — величина первого заряда

q ₂ — величина второго заряда

r- Расстояние между двумя зарядами

Постоянная Кулона (k) является константой, зависящей от среды, в которой находятся два заряда. Постоянная Кулона находится по формуле, приведенной ниже 9.0003

k=14πε» role=»presentation»>k=14πε

Где,

ε» role=»presentation»>ε — Диэлектрическая проницаемость среды.

Значение диэлектрической проницаемости свободного пространства 8,85 x 10 ^-12 Кл ² /Нм ² и значение постоянной Кулона свободного пространства 9 x 10 ⁹ Нм 906 ² Кл 2 .

Пусть F ₁₂ — электростатическая сила, действующая на первый заряд из-за второго заряда, а F ₂₁ — сила, действующая на второй заряд из-за второго заряда. Тогда соотношение между электростатической силой, действующей на два заряда, определяется формулой . Это соответствует третьему закону движения Ньютона. Третий закон движения гласит, что на каждое действие есть равное и противоположное противодействие. Силы, действующие на два заряда F ₁₂ и F ₂₁ не компенсируют друг друга, даже если они равны по величине и противоположны по направлению. Это потому, что они действуют на разные тела, иначе они аннулировали бы друг друга.

Решаемые примеры:

1. Какая электростатическая сила действует между двумя зарядами, имеющими одинаковую величину

5μC

» role=»presentation»>

5 мкКл, расположенные на расстоянии 1 м.

Ответ:

Величина первого заряда =q ₁ =5μrole=»представление»>5мкКл

Величина второго заряда =q ₂ =5μроль=»представление»>5мкКл

Расстояние между двумя заряды =r=1 м

Формула для расчета электростатической силы между двумя зарядами:

FE=kq1q2r2″ role=»presentation»>FE=kq1q2r2

между двумя зарядами q ₁ и q ₂ .

k- постоянная Кулона

q ₁ — величина первого заряда

q ₂ — величина второго заряда

r- расстояние между двумя зарядами ;» role=»presentation»>×10 ⁹ Нм ² /C ² .

Подставьте значение для величины зарядов и расстояния между зарядами, чтобы получить электростатические силы между двумя зарядами.

⇒FE=kq1q2r2″ role=»presentation»>⇒FE=kq1q2r2

⇒FE=9×109Nm2/C2×5μC×5μ C(1м)2″ role=»представление»>⇒FE=9×109Нм2/C2×5мкКл×5мкКл(1м)2

⇒FE=2.25×10−1N» role=» представление»>⇒FE=2,25×10−1 Н

Следовательно, электростатическая сила, действующая между двумя зарядами, равна 2,25×» роль=»презентация»>×10 ^-1 N

2. Электростатическая сила, действующая между двумя зарядами q ₁ и q ₂ , равна F. Чему будет равна новая электростатическая сила, если расстояние между двумя зарядами удвоится?

Ответ:

Пусть r будет начальным расстоянием между двумя зарядами.

Тогда формула для расчета начальной электростатической силы будет выглядеть следующим образом:0022 — Начальная электростатическая сила между двумя зарядами q1 и q2.

k- постоянная Кулона

q _{1 — величина первого заряда}

q ₂ — величина второго заряда , тогда новое расстояние между двумя зарядами r’ определяется как

⇒r’=2r

Новая электростатическая сила F’ между двумя зарядами, когда расстояние удваивается, определяется как

⇒F′=kq1q2(2R)2″ role=»presentation»>⇒F′=kq1q2(2R)2

⇒F′=kq1q24R2″ role=»presentation» >⇒F′=kq1q24R2

⇒F′=FE4″ role=»presentation»>⇒F′=FE4

Следовательно, когда расстояние удваивается, новая электростатическая сила уменьшается до одной четверти от начальное значение.

Заключение

Электростатическая сила может быть электростатической силой отталкивания или притяжения в зависимости от полярности двух зарядов. Величина двух зарядов и расстояние между двумя зарядами влияет на электростатическую силу. В системе двух зарядов электростатические силы, действующие на заряды, равны по величине, но противоположны по направлению. Электростатическая сила является консервативной силой, что означает, что работа, совершаемая электростатической силой в замкнутом контуре, равна нулю. Электростатическая сила также зависит от среда, в которой размещены два заряда, и максимальна, когда среда является вакуумом 9.0003

Дальнедействующие электростатические силы в ионных жидкостях

Выпуск 7, 2017 г.

Из журнала:

Химические коммуникации

Электростатические силы дальнего действия в ионных жидкостях

Мэтью А. Гебби* ^и Александр М. Смит, ^б Ховард А. Доббс, ^c Альфа А. Ли, ^д Грегори Г. Уорр, ^и Ксавье Банки,

ф Маркус Валтинер, ^г Марк В. Ратленд,* ^привет Джейкоб Н. Исраэлачвили* ^c Сьюзен Перкин* ^б и Роб Аткин * ^и

Принадлежности автора

* Соответствующие авторы

^и Лаборатория передовых материалов Гебале, Стэнфордский университет, Стэнфорд, Калифорния 94305, США
Электронная почта: magebbie@stanford. edu

^б Кафедра химии, лаборатория физической и теоретической химии, Оксфордский университет, Оксфорд, Великобритания

Электронная почта: [email protected]

^в Факультет химического машиностроения, Калифорнийский университет, Санта-Барбара, Калифорния 93106, Великобритания
Электронная почта: [email protected]

^д Школа инженерии и прикладных наук Гарвардского университета, Кембридж, Массачусетс 02138, США

^и Школа химии, F11, Сиднейский университет, Новый Южный Уэльс, 2006 г. , Австралия

^ф Факультет фармации, Монреальский университет, Монреаль, королевский адвокат, Канада

^г Химия интерфейса и инженерия поверхности, Max Planck Institut fur Eisenforschung GmbH, Дюссельдорф, Германия

^ч Наука о поверхности и коррозии, Королевский технологический институт KTH, SE-10044 Стокгольм, Швеция
Электронная почта: mark@kth. se

^я SP Chemistry Materials and Surfaces, SE 114 86 Стокгольм, Швеция

^и Центр приоритетных исследований перспективных межфазных сред, Институт энергетики и ресурсов Ньюкасла, Университет Ньюкасла, Австралия
Электронная почта: [email protected]

Аннотация

Ионные жидкости — это чистые соли, которые являются жидкими в условиях окружающей среды. Поскольку жидкости состоят исключительно из ионов, научный консенсус заключался в том, что ионные жидкости имеют чрезвычайно высокую ионную силу и, следовательно, очень короткие длины экранирования Дебая. Однако в нескольких недавних экспериментах, проведенных в лабораториях по всему миру, были получены данные о сближении двух поверхностей, разделенных ионными жидкостями, которые выявили значительные силы дальнего действия, которые, по-видимому, имеют электростатическое происхождение. Накоплены данные, демонстрирующие дальнодействующие поверхностные силы для нескольких различных комбинаций ионных жидкостей и электрически заряженных поверхностей, а также для концентрированных смесей неорганических солей в растворителе. Первоначальная интерпретация этих сил, согласно которой ионные жидкости можно рассматривать как «разбавленные электролиты», была спорной, и происхождение дальнодействующих сил в ионных жидкостях остается предметом обсуждения. Здесь мы стремимся сопоставить и изучить доказательства существования дальнодействующих поверхностных сил в ионных жидкостях, определить ключевые нерешенные вопросы и изучить возможные механизмы, лежащие в основе происхождения этих дальнодействующих сил. Поверхностные силы дальнего действия в ионных жидкостях и других высококонцентрированных электролитах имеют различные последствия: от разработки ионных жидкостей для хранения энергии до рационализации электростатических корреляций в биологической самосборке.

• Эта статья входит в тематические подборки: Самые цитируемые статьи 2016 г., 2017 г., посвященные памяти Майкла Фарадея (1791-1867) и самые скачиваемые статьи 2017 г.: физическая химия и химия окружающей среды

Варианты загрузки Пожалуйста, подождите…

Информация о товаре

ДОИ

https://doi.org/10.1039/C6CC08820A

Тип изделия

Характеристика Артикул

Отправлено

03 ноя 2016

Принято

09 дек.