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.

Перед вами схематическое отображение внешнего электронного облака нейтральной молекулы воды. Электроны большую часть времени находятся возле кислорода, из-за чего формируется стабильное разделение заряда. Так создается полярная молекула, на которую легче влиять электростатическими силами, чем на экземпляр с равномерным распределением заряда