庫侖所做的發現電力與磁力的平方反比定律的實驗。1773-1777年間,庫侖發明可精確測定微小力的扭秤。1785年用經改進的電扭秤發現,兩電荷間的電力與它們各自電量的乘積成正比,與它們之間距離的平方成反比。1787年又發現兩磁鐵之間的磁力與距離平方成反比的規律
真空中兩個靜止的點電荷之間的作用力與這兩個電荷所帶電量的乘積成正比,作用力的方向沿著這
兩個點電荷的聯線,同號電荷相斥,異號電荷相吸。公式:F=k*(q1*q2)/r^2。與萬有引力定律有神秘關聯
庫侖定律的實驗驗證:庫侖定律是1784--1785年間庫侖通過紐秤實驗總結出來的。紐秤的結構如下圖。在細金屬絲下懸掛一根秤杆,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,這時秤杆會因A端受力而偏轉。轉動懸絲上端的懸鈕,使小球回到原來位置。這時懸絲的扭力矩等於施於小球A上電力的力矩。如果懸絲的扭力矩與扭轉角度之間的關係已事先校準、標定,則由旋鈕上指針轉過的角度讀數和已知的秤杆長度,可以得知在此距離下A、B之間的作用力。
庫侖定律 COULOMB'S LAW
庫侖定律--描述靜止點電荷之間的相互作用力的規律
真空中,點電荷 q 對 q0 的作用力為
( 1-1 )
其中,r --兩者之間的距離
r --從 q到 q0方向的矢徑, = r / r 是這方向的單位矢量
k --比例常數
(1-1)式表示:若 q 與 q0 同號, F 10 y沿 r 方向--斥力;
若兩者異號, 則 F 10 沿 - r 方向--吸力.
顯然 q0 對 q 的作用力
F01 = -F10 (1-2)
在MKSA單位製中
力 F 的單位: 牛頓(N)=千克· 米/秒2(kg·m/S2)(量綱 :M LT - 2)
電量 q 的單位: 庫侖(C)
定義:當流過某曲麵的電流1 安培時,每秒鍾所通過
的電量定義為 1 庫侖,即
1 庫侖(C)= 1 安培 ·秒(A · S) (量綱:IT)
比例常數 k = 1/4pe0 (1-3)
e0 = 8.854 187 818(71)×10 -12 庫2/ 牛 ·米2 ( 通常表示為法拉/米 )
是真空介電常數(或稱真空電容率),它與真空中光速c 的關係為
(1-4)
C 是一個基本的物理常數, m0 為真空磁導率. 現在(1-1)式寫成
(1-5)
庫侖定律的物理意義
(1)描述點電荷之間的作用力,僅當帶電體的尺度遠小於兩者的平均距離,才可看成點電荷.
(2)描述靜止電荷之間的作用力,當電荷存在相對運動時,庫侖力需要修正為Lorentz力.但實踐表明,隻要電荷的相對運動速度遠小於光速 c,庫侖定律給出的結果與實際情形很接近.
[例1-1] 比較氫原子中質子與電子的庫侖力和萬有引力(均為距離平方反比力)
據經典理論,基態氫原子中電子的"軌道"半徑 r ≈ 5.29×10 -11 米
核和電子的線度 ≤ 10-15 米 ,故兩者可看成 "點電荷".
兩者的電量 e ≈ ± 1. 60×10-19 庫侖 質量 mp ≈ 1.67×10-27 千克 me ≈ 9.11×10-31千克
萬有引力常數 G ≈ 6.67 ×10-11 牛 ·米2 /千克2
電子所受庫侖力 Fe =- e2r / 4pe0r3 電子所受引力 Fg= -Gmpmer /r3
兩者之比: Fe /Fg = e2 / 4pe0Gmpme ≈2.27 ×10 39 (1-6)
可見,電磁力在原子、分子結構中起決定性作用