Електрична сила
Електричні заряди впливають один на одного, що проявляється у вигляді електричної сили.
Якщо якесь тіло має надлишок електронів, воно матиме сумарний негативний електричний заряд, і навпаки – при дефіциті електронів, тіло матиме сумарний позитивний заряд.
За аналогією з магнітними силами, коли однойменно заряджені полюси відштовхуються, а різноіменно притягуються, електричні заряди поводяться аналогічним чином. Однак, у фізиці недостатньо говорити просто про полюсність електричного заряду, важливо його числове значення.
Щоб дізнатися про величину сили, що діє між зарядженими тілами, необхідно знати не тільки величину зарядів, а й відстань між ними. Раніше вже розглядалася сила всесвітнього тяжіння:
- m1, m2 – маси тіл;
- R – відстань між центрами тіл;
- G = 6,67 · 10-11 Нм2/кг – універсальна гравітаційна константа.
В результаті проведених лабораторних дослідів, фізики вивели аналогічну формулу для сили взаємодії електричних зарядів, яка отримала назву закон Кулона:
- q1, q2 – заряди, що взаємодіють, виміряні в Кл;
- r – відстань між зарядами;
- k – коефіцієнт пропорційності (СІ: k = 8,99 · 109Нм2Кл2; СГСЕ: k = 1).
Де:
- k=1/(4πε0).
- ε0≈8,85·10-12Кл2Н-1м-2 – електрична константа.
Відповідно до закону Кулона:
якщо два заряди мають однаковий знак, то діюча між ними сила F позитивна (заряди відштовхуються один від одного); якщо заряди мають протилежні знаки, сила, що діє, негативна (заряди притягуються один до одного).
Про те, наскільки величезним за силою є заряд 1 Кл, можна судити, використовуючи закон Кулона. Наприклад, якщо припустити, що два заряди, кожен в 1Кл рознести на відстань один від одного в 10 метрів, то вони будуть відштовхуватися один від одного з силою:
Це досить велика сила, приблизно співставна з масою 5600 тонн.
Давайте тепер за допомогою закону Кулона дізнаємося, з якою лінійною швидкістю обертається електрон в атомі водню, вважаючи, що він рухається круговою орбітою.
Електростатичну силу, що діє на електрон, за законом Кулона можна прирівняти до доцентрової сили:
Враховуючи той факт, що маса електрона дорівнює 9,1 · 10-31кг, а радіус його орбіти = 5,29 · 10-11м, отримуємо значення 8,22 · 10-8Н.
Тепер можна знайти лінійну швидкість електрона:
Таким чином, електрон атома водню обертається навколо його центру зі швидкістю, що дорівнює приблизно 7,88 млн км/год.