От чего зависит сила электростатического взаимодействия

Сила электростатического взаимодействия представляет собой силу, с которой действуют друг на друга заряженные частицы. Выражение для нее было открыто физиком Шарлем Кулон, в честь которого данная сила и была названа.

Сила Кулона

Как известно, частицы, имеющие некоторый заряд, притягиваются друг к другу или отталкиваются с определенной силой. Данное физическое явление приводит к аналогичному взаимодействию между макроскопическими телами, если полный заряд в них не скомпенсирован и имеет некоторую величину. Выражение, определяющее величину силы электростатического взаимодействия, было получено опытным путем в эксперименте с взаимодействием двух заряженных шариков. Была выявлена явная зависимость величины силы от величины заряда образцов, а также от расстояния между ними.

Зависимость от заряда

Итак, сила Кулона описывает взаимодействие заряженных объектов. Для того чтобы описывать степень их заряженности, была введена физическая величина, называемая зарядом и измеряемая в Кулонах. Необходимость введения данной величины следовала из вышеприведённого опыта, в котором сила взаимодействия одноименно заряженных шариков увеличивалась при добавлении им заряда того же знака. При этом, как известно, величина заряда имеет некоторый знак. Поэтому стоит уточнить, что сила Кулона прямо пропорциональна модулю величин зарядов частиц. Обратите внимание, что, говоря о силе электростатического взаимодействия, имеют в виду взаимодействие материальных частиц. То есть выражение Кулона становится несправедливым при рассмотрении макроскопических тел, размер и форма которых далека от материальной точки.

Зависимость от расстояния

Особенно примечательной является зависимость силы электростатического взаимодействия от расстояния между частицами. Как известно, сила Кулона обратно пропорциональна квадрату расстояния между частицами. Таким образом, изменение расстояния в два раза приводит к изменению силы в четыре раза. Подобная зависимость также характерна для гравитационной силы притяжения. Так как величина расстояния стоит в знаменателе выражения для силы, то отсюда следуют и два крайних значения. Первое из них относится к случаю нулевого расстояния между зарядами, тогда сила стремится к бесконечности. Данная ситуация, с одной стороны, нереализуема, ибо рост силы приводит к невозможности соприкосновения частиц, но с другой стороны, подобный эффект наблюдается при формировании атома. На самом деле, при сближении субатомных частиц одного и того же знака происходит либо аннигиляция, если это электроны, либо ядреный синтез и образование атома, если это протоны, за счет появления на определенном этапе сближения ядерной силы притяжения.

Зависимость от среды

Если взаимодействие заряженных частиц происходит не в вакууме, а в некоторой сплошной среде, то сила Кулона будет зависеть еще и от электрических свойств среды. Данное явление выражается математически в появлении дополнительного коэффициента пропорциональности, называемом диэлектрическая постоянная среды.