Сферическое распределение заряда

Физика > Сферическое распределение заряда

Узнайте, как распределяется заряд вокруг молекулы – сферическая форма: характеристика закона Кулона, действие электростатической силы, электронное облако.

Заряд распределяется вокруг молекулы сферически и формирует электростатическое «облако».

Задача обучения

• Охарактеризовать форму кулоновской силы (закон Кулона) из сферического распределения заряда.

Основные пункты

• Сила между двумя телами расположена в обратной пропорциональности квадрату дистанции между ними.
• Сила притяжения или отталкивания в сферическом распределении становится сильнее ближе к молекуле и слабеет по мере роста дистанции.
• Закон расшифровывает силы, связывающие атомы вместе с формированием молекул и для сил, объединяющих атомы и молекулы вместе с созданием твердых тел и жидкостей.

Термин

• Электростатическая сила – электростатический контакт между электрически заряженными частичками.

Ученым 18-го века удалось вывести главные характеристики электростатической силы: наличие двух типов заряда, отталкивание и притягивание в зависимости от дистанции. В математическом языке выражается силой Кулона в честь Чарльза Кулона, который экспериментировал и вывел формулу для расчета.

Современные эксперименты с точностью подтвердили закон Кулона. К примеру, удалось показать, что сила располагается в обратно пропорциональном направлении дистанции между двумя квадратами объектов с точностью до одной части в 10¹⁶. Никаких исключений не заметили даже на малых дистанциях внутри атома.

Закон Кулона присутствует и внутри атомов, характеризуя силу между положительно заряженным ядром и отрицательными электронами. Он также расшифровывает значение сил, связывающих атомы с молекулами.

С ростом дистанции между ионами энергия притяжения стремится к нулю, а ионная связь становится менее благоприятной. С увеличением величины противоположных зарядов растет и энергия, а ионная связь становится благоприятной.

Электрическое поле – векторное, сопоставляющее в каждой точке пространства кулоновскую силу, которая будет испытывать тестовый единичный заряд. Чтобы получить положительный заряд, направление электрического поля указывается вдоль прямых, расположенных радиально от места точечного заряда, а сторона выстраивается к отрицательному.

Подобное распределение вокруг заряженной молекулы обладает сферической природой и формирует электростатическое облако. Силы притяжения и отталкивания становятся сильнее при сближении с молекулой и ослабевают по мере отдаления.

На нижнем рисунке отображено внешнее электронное облако нейтральной молекулы воды. Она формируется из-за притяжения противоположных зарядов. Это полярная молекула, потому что все еще присутствует стабильное разделение заряда, так как электроны большую часть времени сосредоточены возле кислорода.