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Définitions de la chimie: Que sont les forces électrostatiques?

Définitions de la chimie: Que sont les forces électrostatiques?


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Il existe plusieurs types de forces liées à la science. Les physiciens traitent des quatre forces fondamentales: la force de gravitation, la force nucléaire faible, la force nucléaire forte et la force électromagnétique. La force électrostatique est associée à la force électromagnétique.

Définition des forces électrostatiques

Les forces électrostatiques sont des forces attractives ou répulsives entre les particules causées par leurs charges électriques. Cette force s'appelle également la force de Coulomb ou interaction de Coulomb et porte le nom du physicien français Charles-Augustin de Coulomb, qui a décrit la force en 1795.

Comment fonctionne la force électrostatique

La force électrostatique agit sur une distance d'environ un dixième du diamètre d'un noyau atomique ou 10-16 m. Des charges semblables se repoussent, alors que des charges différentes s'attirent. Par exemple, deux protons chargés positivement se repoussent, tout comme deux cations, deux électrons chargés négativement ou deux anions. Les protons et les électrons sont attirés l'un par l'autre, de même que les cations et les anions.

Pourquoi les protons ne collent pas aux électrons

Tandis que les protons et les électrons sont attirés par les forces électrostatiques, les protons ne quittent pas le noyau pour se réunir avec les électrons, car ils sont liés les uns aux autres et aux neutrons par la force nucléaire puissante. La force nucléaire puissante est beaucoup plus puissante que la force électromagnétique, mais elle agit sur une distance beaucoup plus courte.

En un sens, les protons et les électrons se touchent dans un atome parce que les électrons ont des propriétés à la fois de particules et d'ondes. La longueur d'onde d'un électron est comparable en taille à un atome, de sorte que les électrons ne peuvent pas être plus proches qu'ils ne le sont déjà.

Calcul de la force électrostatique à l'aide de la loi de Coulomb

La force ou la force de l'attraction ou de la répulsion entre deux corps chargés peut être calculée à l'aide de la loi de Coulomb:

F = kq1q2/ r2

Ici, F est la force, k est le facteur de proportionnalité, q1 et q2 sont les deux charges électriques et r est la distance entre les centres des deux charges. Dans le système d'unités centimètre-gramme-seconde, k est égal à 1 dans le vide. Dans le système d'unités mètre-kilogramme-seconde (SI), k dans le vide est de 8,98 × 109 newton mètre carré par coulomb carré. Alors que les protons et les ions ont des tailles mesurables, la loi de Coulomb les traite comme des charges ponctuelles.

Il est important de noter que la force entre deux charges est directement proportionnelle à la magnitude de chaque charge et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare.

Vérification de la loi de Coulomb

Vous pouvez mettre en place une expérience très simple pour vérifier la loi de Coulomb. Suspendre deux petites boules de même masse et charger dans une ficelle de masse négligeable. Trois forces vont agir sur les balles: le poids (mg), la tension sur la corde (T) et la force électrique (F). Parce que les balles portent la même charge, elles se repousseront. À l'équilibre:

T sin θ = F et T cos θ = mg

Si la loi de Coulomb est correcte:

F = mg tan θ

L'importance de la loi de Coulomb

La loi de Coulomb est extrêmement importante en chimie et en physique car elle décrit la force entre les parties d'un atome et entre les atomes, les ions, les molécules et les parties de molécules. Lorsque la distance entre les particules ou les ions chargés augmente, la force d'attraction ou de répulsion entre eux diminue et la formation d'une liaison ionique devient moins favorable. Lorsque les particules chargées se rapprochent, l'énergie augmente et la liaison ionique devient plus favorable.

Points à retenir: force électrostatique

  • La force électrostatique est également appelée force de Coulomb ou interaction de Coulomb.
  • C'est la force attractive ou répulsive entre deux objets chargés électriquement.
  • Des charges similaires se repoussent, tandis que des charges différentes s'attirent.
  • La loi de Coulomb est utilisée pour calculer la force de la force entre deux charges.

Sources

  • Coulomb, Charles Augustin (1788) 1785. "Premier mémoire sur le pouvoir et le magnétisme." Histoire de l'Académie Royale des Sciences. Imprimerie Royale. pp. 569-577.
  • Coulomb, Charles Augustin (1788) 1785. "Deuxième mémoire sur l'électricité et le magnétisme". Histoire de l'Académie Royale des Sciences. Imprimerie Royale. pp. 578-611.
  • Stewart, Joseph (2001). "Théorie Electromagnétique Intermédiaire." Monde scientifique. p. 50. ISBN 978-981-02-4471-2
  • Tipler, Paul A .; Mosca, Gene (2008). "Physique pour scientifiques et ingénieurs." (6 e éd.) New York: W.H. Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-8964-2.
  • Young, Hugh D .; Freedman, Roger A. (2010). "Sears et la physique universitaire de Zemansky: avec la physique moderne." (13 e éd.) Addison-Wesley (Pearson). ISBN 978-0-321-69686-1.


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