Εάν ο νόμος ισχύει μόνο για χρεώσεις σε κατάσταση ηρεμίας, τότε πώς μπορεί να εφαρμοστεί σε ένα περιστρεφόμενο ηλεκτρόνιο στο άτομο του ατόμου υδρογόνου;

Έχετε δίκιο να αμφισβητήσετε τη δυνατότητα εφαρμογής του νόμου του Coulomb στην απλούστερη μορφή του όταν ασχολείστε με ένα περιστρεφόμενο ηλεκτρόνιο σε άτομο υδρογόνου. Εδώ είναι γιατί:

Ο νόμος του Coulomb, στην πιο βασική του μορφή, περιγράφει τη δύναμη μεταξύ δύο σταθερών σημείων. Ωστόσο, το ηλεκτρόνιο σε ένα άτομο υδρογόνου δεν είναι * ακίνητο. Είναι συνεχώς κινείται σε μια πολύπλοκη τροχιά γύρω από τον πυρήνα.

Λοιπόν, γιατί ο νόμος του Coulomb εξακολουθεί να παίζει ρόλο;

* Η κίνηση του ηλεκτρονίου είναι κβαντισμένη: Τα ηλεκτρόνια στα άτομα υπάρχουν σε συγκεκριμένα επίπεδα ενέργειας και οι τροχιές τους δεν είναι κλασικές, συνεχείς διαδρομές. Αντ 'αυτού, καταλαμβάνουν περιοχές του χώρου που ονομάζονται τροχιακά. Ενώ το ηλεκτρόνιο κινείται, η κίνηση του κβαντοποιείται, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να υπάρχει μόνο σε ορισμένα διακριτά επίπεδα ενέργειας.

* Ο ηλεκτρομαγνητισμός είναι μια πληρέστερη περιγραφή: Ο νόμος του Coulomb είναι μέρος μιας ευρύτερης θεωρίας που ονομάζεται ηλεκτρομαγνητισμός. Αυτή η θεωρία περιλαμβάνει τόσο τις ηλεκτρικές όσο και τις μαγνητικές δυνάμεις και αντιπροσωπεύει το γεγονός ότι η μετακίνηση των φορτίων δημιουργεί μαγνητικά πεδία.

* Οι μαγνητικές δυνάμεις είναι κρίσιμες: Το περιστρεφόμενο ηλεκτρόνιο, λόγω της κίνησης του, δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Αυτό το μαγνητικό πεδίο αλληλεπιδρά με το ηλεκτρικό πεδίο του πυρήνα, οδηγώντας σε μια δύναμη που κρατά το ηλεκτρόνιο που συνδέεται μέσα στο άτομο.

Στην ουσία, ενώ ο νόμος του Coulomb μόνο είναι ανεπαρκής για να εξηγηθεί πλήρως η συμπεριφορά του ηλεκτρονίου σε ένα άτομο υδρογόνου, οι βασικές αρχές του ηλεκτρομαγνητισμού, που περιλαμβάνουν το νόμο του Coulomb, είναι απαραίτητες για την κατανόηση των εμπλεκομένων δυνάμεων.

Εδώ είναι ένας απλοποιημένος τρόπος για να το σκεφτείτε:

1. Ο νόμος του Coulomb εξηγεί την έλξη μεταξύ του θετικά φορτισμένου πυρήνα και του αρνητικά φορτισμένου ηλεκτρονίου. Αυτή η δύναμη προσπαθεί να τραβήξει το ηλεκτρόνιο προς τον πυρήνα.

2. Η κίνηση του ηλεκτρονίου δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Αυτό το μαγνητικό πεδίο αλληλεπιδρά με το ηλεκτρικό πεδίο του πυρήνα, δημιουργώντας μια δύναμη που αντιτίθεται στην εσωτερική έλξη της δύναμης Coulomb.

3. Η αλληλεπίδραση αυτών των δυνάμεων έχει ως αποτέλεσμα μια σταθερή τροχιά για το ηλεκτρόνιο.

Σημαντική σημείωση: Η πραγματική δυναμική του ηλεκτρονίου σε ένα άτομο υδρογόνου είναι πολύ περίπλοκη και απαιτούν κβαντική μηχανική για πλήρη κατανόηση. Το παραπάνω μοντέλο είναι μια απλοποιημένη εξήγηση για την απεικόνιση των βασικών αρχών που εμπλέκονται.