Apa itu Kekuatan Elektrostatik?

Ada beberapa jenis kekuatan yang berhubungan dengan sains. Fisikawan berurusan dengan empat gaya fundamental: gaya gravitasi, gaya nuklir lemah, gaya nuklir kuat, dan gaya elektromagnetik. Gaya elektrostatik dikaitkan dengan gaya elektromagnetik.

Gaya elektrostatik menarik atau menjijikkan kekuatan antara partikel yang disebabkan oleh muatan listriknya. Gaya ini juga disebut gaya Coulomb atau interaksi Coulomb dan dinamai demikian untuk fisikawan Prancis Charles-Augustin de Coulomb, yang menggambarkan gaya tersebut pada 1785.

Gaya elektrostatik bertindak pada jarak sekitar sepersepuluh diameter inti atom atau 10^-16 m. Seperti biaya saling tolak, sementara biaya tidak seperti menarik satu sama lain. Sebagai contoh, dua proton bermuatan positif saling tolak satu sama lain seperti halnya dua kation, dua elektron bermuatan negatif, atau dua anion. Proton dan elektron tertarik satu sama lain, demikian pula kation dan anion.

Sementara proton dan elektron tertarik oleh gaya elektrostatik, proton tidak meninggalkan nukleus untuk berkumpul dengan elektron karena mereka terikat satu sama lain dan ke neutron oleh kekuatan nuklir yang kuat. Gaya nuklir yang kuat jauh lebih kuat daripada gaya elektromagnetik, tetapi bertindak pada jarak yang jauh lebih pendek.

Dalam arti tertentu, proton dan elektron bersentuhan dalam atom karena elektron memiliki sifat partikel dan gelombang. Panjang gelombang elektron sebanding dengan ukuran atom, jadi elektron tidak bisa lebih dekat dari yang sudah ada.

Kekuatan atau kekuatan daya tarik atau tolakan antara dua benda yang dibebankan dapat dihitung dengan menggunakan Hukum Coulomb:

F = kq₁q₂/ r²

Di sini, F adalah gaya, k adalah faktor proporsionalitas, q₁ dan q₂ adalah dua muatan listrik, dan r adalah jarak antara pusat-pusat keduanya biaya. Dalam sistem satuan sentimeter-gram-detik, k disetel sama dengan 1 dalam ruang hampa. Dalam sistem satuan meter-kilogram-detik (SI), k dalam ruang hampa adalah 8,98 × 109 newton meter persegi per coulomb persegi. Sementara proton dan ion memiliki ukuran yang dapat diukur, hukum Coulomb memperlakukan mereka sebagai biaya poin.

Penting untuk dicatat bahwa gaya antara dua muatan berbanding lurus dengan besarnya masing-masing muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya.

Anda dapat membuat percobaan yang sangat sederhana untuk memverifikasi hukum Coulomb. Tangguhkan dua bola kecil dengan massa yang sama dan isi dari untaian massa yang dapat diabaikan. Tiga gaya akan bekerja pada bola: berat (mg), tegangan pada tali (T), dan gaya listrik (F). Karena bola membawa muatan yang sama, mereka akan saling tolak. Pada keseimbangan:

T sin θ = F dan T cos θ = mg

Jika hukum Coulomb benar:

F = mg tan θ

Hukum Coulomb sangat penting di dalamnya kimia dan fisika karena menggambarkan gaya antara bagian-bagian atom dan di antara atom, ion, molekul, dan bagian dari molekul. Ketika jarak antara partikel bermuatan atau ion meningkat, gaya tarik atau tolakan di antara mereka berkurang dan pembentukan suatu ikatan ionik menjadi kurang menguntungkan. Ketika partikel bermuatan bergerak lebih dekat satu sama lain, energi meningkat dan ikatan ion lebih menguntungkan.

Takeaways Utama: Gaya Elektrostatik

• Coulomb, Charles Augustin (1788) [1785]. "Premier mémoire sur l'électricité et le magnétisme"Histoire de l'Académie Royale des Sciences. Imprimerie Royale. hlm. 569–577.
• Stewart, Joseph (2001). "Teori Elektromagnetik Menengah." Dunia Ilmiah. hal. 50. ISBN 978-981-02-4471-2
• Tipler, Paul A.; Mosca, Gene (2008). "Fisika untuk Ilmuwan dan Insinyur." (Ed. 6). New York: W. H. Freeman dan Perusahaan. ISBN 978-0-7167-8964-2.
• Muda, Hugh D.; Freedman, Roger A. (2010). "Fisika Universitas Sears dan Zemansky: Dengan Fisika Modern." (Edisi ke-13.) Addison-Wesley (Pearson). ISBN 978-0-321-69686-1.