Hvorfor tiltrækkes elektroner af protoner?

Den elektrostatiske kraft mellem modsatte ladninger tiltrækker negativt ladede elektroner til positivt ladede protoner. Denne kraft er givet af Coulombs lov, som siger, at kraften mellem to punktladninger er direkte proportional med produktet af ladningerne og omvendt proportional med kvadratet af afstanden mellem dem.

$$ F =k \frac{|q_1||q_2|}{r^2} $$

Hvor F er den elektrostatiske kraft, k er den elektrostatiske konstant, q_1 og q_2 er ladningernes størrelse, og r er afstanden mellem ladningerne.

I tilfælde af en elektron og en proton er q_1 =-1,6 × 10^-19 C (ladningen af ​​en elektron) og q_2 =1,6 × 10^-19 C (ladningen af ​​en proton). Afstanden mellem dem er typisk i størrelsesordenen 1 × 10^-10 m (Bohr-radius). Ved at sætte disse værdier ind i Coulombs lov får vi:

$$ F =(9 × 10^9 \frac{N m^2}{C^2}) \frac{(-1,6 × 10^{_19} C)(1,6 × 10^{-19} C)} {(1 × 10^{-10} m)^2} =-2,304 × 10^{−8} N $$

Dette negative tegn indikerer, at kraften er attraktiv. Størrelsen af ​​denne kraft er meget lille, men den er nok til at holde elektronen i kredsløb omkring kernen af ​​et atom.