庫侖力（物理學(xué)定律）

庫侖力（物理學(xué)定律）

庫侖力 （物理學(xué)定律） 次瀏覽 | 2022.06.16 20:39:57 更新 來源 ：互聯(lián)網(wǎng) 精選百科 本文由作者推薦 庫侖力物理學(xué)定律

庫侖力，法國物理學(xué)家查爾斯·庫侖于1785年發(fā)現(xiàn)，因而命名的一條物理學(xué)定律。庫侖定律是電學(xué)發(fā)展史上的第一個(gè)定量規(guī)律。因此，電學(xué)的研究從定性進(jìn)入定量階段，是電學(xué)史中的一塊重要的里程碑。

外文名

Coulomb force

名稱

庫侖力

別稱

靜電力

提出者

查爾斯·庫侖

提出時(shí)間

1785年

應(yīng)用學(xué)科

物理學(xué)

庫侖定律

在真空中兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷Q1與Q2之間的相互作用力的大小和Q1、Q2的乘積成正比，和它們之間的距離r的平方成反比，庫侖力的作用距離與Q1、Q2的乘積成正比，作用力的方向沿著它們的連線，同號(hào)電荷相斥，異號(hào)電荷相吸引。

其中要注意庫侖定律成立的條件：處在真空中，必須是靜止的點(diǎn)電荷。此處是研究在瞬間時(shí)間點(diǎn)微觀環(huán)境下精確計(jì)算或描述庫侖力大小與帶電量、電荷距離的相互關(guān)系和比率，而非指不在真空和靜止?fàn)顟B(tài)下就沒有庫侖力作用。

現(xiàn)實(shí)世界中的帶電體之間的相互作用研究：帶電體可看作是由許多點(diǎn)電荷構(gòu)成的，每一對靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力遵循庫侖定律，又稱靜電力。任何帶電體都有形狀和大小，其上的電荷也不會(huì)集中在一點(diǎn)上。

當(dāng)帶電體的距離比他們自身的大小大得多，以致帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對它們之間的作用力的影響可以忽略時(shí)，這樣的帶電體就可以看作帶電的點(diǎn)，叫做點(diǎn)電荷。在運(yùn)用庫侖定律分析計(jì)算可視為點(diǎn)電荷的帶電體間的靜電力時(shí)，可先以兩帶電體所帶電量的絕對值代入庫侖定律，計(jì)算出靜電力的大小，再依據(jù)“同種電荷相推斥，異種電荷相吸引”，在兩帶電體中心連線上確定出靜電力的方向。

庫侖力公式：

其中Q1和Q2分別是兩物體的帶電量，r是兩物體（中心）間的距離，k是一個(gè)常數(shù)。

靜止帶電體之間的相互作用力。帶電體可看作是由許多點(diǎn)電荷構(gòu)成的，每一對靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力遵循庫侖定律，又稱靜電力。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

庫侖定律是1784--1785年間庫侖通過扭秤實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來的。扭秤的結(jié)構(gòu)。在細(xì)金屬絲下懸掛一根秤桿，它的一端有一小球A，另一端有平衡體P，在A旁還置有另一與它一樣大小的固定小球B。

為了研究帶電體之間的作用力，先使A、B各帶一定的電荷，這時(shí)秤桿會(huì)因A端受力而偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)懸絲上端的懸鈕，使小球回到原來位置。這時(shí)懸絲的扭力矩等于施于小球A上電力的力矩。如果懸絲的扭力矩與扭轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系已事先校準(zhǔn)、標(biāo)定，則由旋鈕上指針轉(zhuǎn)過的角度讀數(shù)和已知的秤桿長度，可以得知在此距離下A、B之間的作用力，并且通過懸絲扭轉(zhuǎn)的角度可以比較力的大小。

純量形式

庫侖定律的標(biāo)量形式只描述兩個(gè)點(diǎn)電荷彼此相互作用的靜電力的大小。一個(gè)電量為q'的點(diǎn)電荷作用于另一個(gè)電量為q的點(diǎn)電荷，其靜電力F的大小，可以用方程表達(dá)為:

F=Ke*qq'/r^2，其中，r是兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的距離，Ke是庫侖常數(shù)。

庫侖常數(shù)與真空電容率的關(guān)系方程為:正值的F表示排斥力;而負(fù)值則表示牽引力。采用國際單位制，真空電容率:

的值是8.854187817×10^-12F·m。采用厘米-克-秒制，單位電荷(esu)，又稱為靜庫侖(statcoulomb)，定義為使817庫侖常數(shù)Ke為1的數(shù)值。

庫侖定律的標(biāo)量公式表明，力量的大小直接地與兩個(gè)點(diǎn)電荷的電量成正比，又與兩個(gè)點(diǎn)電荷之間距離的平方成反比。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，距離的數(shù)，與-2的偏差，低于十億分之一!

矢量形式

給予兩個(gè)電量分別為q、q'，位置分別為r、r'的點(diǎn)電荷。為了要得到點(diǎn)電荷q'作用于點(diǎn)電荷q的力量F的大小與方向，必須使用庫侖定律的矢量形式：

假若兩個(gè)點(diǎn)電荷同性（電荷的正負(fù)號(hào)相同），則其電量的乘積qq'是正值，兩個(gè)點(diǎn)電荷互相排斥。反之，假若兩個(gè)點(diǎn)電荷異性（電荷的正負(fù)號(hào)相反），則其電量的乘積qq'是負(fù)值，兩個(gè)點(diǎn)電荷互相吸引。

擴(kuò)展電磁力帶點(diǎn)電荷之電子模型圖

是一種相當(dāng)強(qiáng)的作用力，在宇宙的四個(gè)基本的作用力(重力、電磁力、強(qiáng)核作用力、弱核作用力)中，它的強(qiáng)度僅次于強(qiáng)核作用力。

而且近年來的研究發(fā)現(xiàn)，在某些狀況下，電磁力和弱核作用力會(huì)統(tǒng)一，這個(gè)發(fā)現(xiàn)使得人類距離大統(tǒng)一理論更進(jìn)一步。

靜止帶電體之間的相互作用力。帶電體可看作是由許多點(diǎn)電荷構(gòu)成的，每一對靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力遵循庫侖定律。又稱靜電力。

點(diǎn)電荷

任何帶電體都有形狀和大小，其上的電荷也不會(huì)集中在一點(diǎn)上。當(dāng)帶電體的距離比他們自身的大小大得多，以致帶電體的形狀，大小及電荷分布狀況對它們之間的作用力的影響可以忽略時(shí)，這樣的帶電體就可以看作帶電的點(diǎn)，叫做點(diǎn)電荷。

庫侖力應(yīng)用

庫倫力（靜電力）是一種相當(dāng)強(qiáng)的作用力，在宇宙的四個(gè)基本的作用力(萬有引力、庫倫力（電磁力）、強(qiáng)核作用力、弱核作用力)中，它的強(qiáng)度僅次于強(qiáng)核作用力。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人類的日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，如靜電除塵，空氣凈化，靜電噴涂，電磁開關(guān)中。

靜電式凈化器由外殼、靜電發(fā)生極，及網(wǎng)狀靜電收集極構(gòu)成，利用靜電發(fā)生極陽極電暈放電，使流過的空氣中的顆粒物帶上正電，然后用陰極靜電收集極捕集吸附，空氣中的塵埃顆粒物通過凈化模塊時(shí)帶電由于庫倫力的作用使得帶電電荷全部集附在陰極收集極板上，達(dá)到凈化空氣目的。

靜電噴涂是利用高壓靜電電場使帶負(fù)電的涂料微粒由于庫倫力的作用沿著電場相反的方向定向運(yùn)動(dòng)，并將涂料微粒吸附在工件表面的一種噴涂方法。靜電噴涂設(shè)備由噴槍、噴杯以及靜電噴涂高壓電源等組成。[1]

參考資料