En elektrisk kraft är en avståndskraft som verkar mellan föremål med elektrisk laddning. För att beräkna storleken av denna kraft kan vi använda Coulombs lag.
Coulombs lag
Storleken av den elektriska kraft som ett föremål med laddningen $Q_1$Q1 påverkas av när det befinner sig på avståndet $r$r från ett annat föremål med laddningen $Q_2$Q2 är
$F=k\cdot$F=k· $\frac{Q_1\cdot Q_2}{r^2}$Q1·Q2r2
där $k$k är Coulombs konstant som har värdet $8,99\cdot10^9$8,99·109 Nm$^2$2/C$^2$2.
Utifrån Coulombs lag kan vi se att den elektriska kraften ökar med laddningarnas storlek och minskar med avståndet i kvadrat. Det är också viktigt att tänka på att de elektriska krafter som uppstår mellan två laddade föremål är kraft och reaktionskraft. Det innebär att de alltid är lika stora men motriktade och verkar på två olika föremål. Laddningarna kan alltså ha olika storlek, men den elektriska kraften $F$F blir ändå lika stor på båda föremålen.
Exempel 1
Beräkna hur stor den elektriska kraften som uppstår mellan två föremål med laddningen $+4,0\cdot10^{-4}$+4,0·10−4 C respektive $+6,0\cdot10^{-5}$+6,0·10−5 C är. Avståndet mellan laddningarna är $2,0$2,0 meter.
Lösning
För att lösa denna uppgift använder vi Coulombs lag.
$F=k\cdot$F=k· $\frac{Q_1\cdot Q_2}{r^2}$Q1·Q2r2
$F=8,99\cdot10^9\cdot$F=8,99·109· $\frac{\left(4,0\cdot10^{-4}\right)\cdot\left(6,0\cdot10^{-5}\right)}{2,0^2}$(4,0·10−4)·(6,0·10−5)2,02 $=53,94$=53,94 N
Kraften är repellerande, eftersom laddningarna har samma tecken.
Exempel 2
I en väteatom är attraktionskraften mellan protonen i mitten och elektronen i sin orbital $8,22\cdot10^{-8}$8,22·10−8 N. Beräkna avståndet mellan protonen och elektronen.
Lösning
Vi använder Coulombs lag.
$F=k\cdot$F=k· $\frac{Q_1\cdot Q_2}{r^2}$Q1·Q2r2
Vi vet att laddningens storlek hos både protonen och elektronen motsvarar en elementarladdning. Det ger:
$Q_1=1,602\cdot10^{-19}$Q1=1,602·10−19 C
$Q_2=1,602\cdot10^{-19}$Q2=1,602·10−19 C
Vi bryter nu ut avståndet $r$r ur formeln och sätter in värden.
$r^2=$r2= $\frac{k\cdot Q_1\cdot Q_2}{F}$k·Q1·Q2F
$r=$r= $\sqrt{\frac{k\cdot Q_1\cdot Q_2}{F}}$√k·Q1·Q2F
$r=$r= $\sqrt{\frac{8,99\cdot10^9\cdot1,602\cdot10^{-19}\cdot1,602\cdot10^{-19}}{8,22\cdot10^{-8}}}$√8,99·109·1,602·10−19·1,602·10−198,22·10−8
$r=5,297…\cdot10^{-11}$r=5,297…·10−11 m.
Svar: Avståndet (där det är störst sannolikhet att elektronen befinner sig) är $5,30\cdot10^{-11}$5,30·10−11 m från protonen.
Kommentarer
██████████████████████████
████████████████████████████████████████████████████
e-uppgifter (4)
-
1. Premium
En avståndskraft är en kraft som:
Bedömningsanvisningar/Manuell rättningRätta själv Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.-
-
Rättad
-
+1
-
Rättad
Rättar... -
2. Premium
Två elektriska laddningar attraherar varandra med en viss kraft.
Hur förändras kraften om avståndet dubbleras?
Bedömningsanvisningar/Manuell rättningRätta själv Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.-
-
Rättad
-
+1
-
Rättad
Rättar... -
3. Premium
För att få en bild av hur stor en laddning på $1,00$1,00 C är så kan man beräkna kraften mellan två föremål som har just laddningen $+1,00$+1,00 C, samt är separerade med ett avstånd på $1,00$1,00 meter.
Hur stor är den elektriska kraften mellan dessa föremål?
Bedömningsanvisningar/Manuell rättningRätta själv Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.-
-
Rättad
-
+1
-
Rättad
Rättar... -
4. Premium
Beräkna hur stort avståndet ska vara mellan två elektroner för att den repellerande kraften ska vara på $1,00$1,00 N.
Bedömningsanvisningar/Manuell rättningRätta själv Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.-
-
Rättad
-
+1
-
Rättad
Rättar...
Jomanna Koider
varför blev enheten N i första ex , varför inte NM2/C2
Daniel Johansson
NM^2/C^2 är enheten för Coulombs konstant, men eftersom vi beräknar en kraft så är enheten Newton.
Varje gång du använder en formel för att beräkna hur stor en kraft är så kommer svaret vara i enheten Newton.
Vikky
Varför skriver man inte elektronens laddning som negativ, dvs. -1,602 * 10 ^-19 C ? Så får man även rätt tecken på kraften. Jag antar att det har med rottecknet att göra & att vi ej vill få ut ett komplext tal, men i vanliga fall skriver man in elektronens laddning som negativ i formeln?
Daniel Johansson
Elektronens laddning är negativ, precis som du säger.
Men när man använder Coulombs lag så är det enklast att alltid ange laddningar med positivt tecken och sedan själv komma ihåg om kraften är attraherande eller repellerande.
Samma tecken på laddning repellerar, medan olika tecken attraherar.
I och med att kraften är en vektor så beräknar vi endast storleken på kraften (som alltid är positiv) medan riktningen på kraften är enkel att lista ut utifrån hur laddningarna är placerade.
Endast Premium-användare kan kommentera.