庫侖定律
在真空中兩個靜止的點電荷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,作用力的方向沿着它們的連線,同号電荷相斥,異号電荷相吸引。
其中要注意庫侖定律成立的條件:處在真空中,必須是靜止的點電荷。此處是研究在瞬間時間點微觀環境下精确計算或描述庫侖力大小與帶電量、電荷距離的相互關系和比率,而非指不在真空和靜止狀态下就沒有庫侖力作用。
現實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電荷構成的,每一對靜止點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,其上的電荷也不會集中在一點上。
當帶電體的距離比他們自身的大小大得多,以緻帶電體的形狀、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,這樣的帶電體就可以看作帶電的點,叫做點電荷。在運用庫侖定律分析計算可視為點電荷的帶電體間的靜電力時,可先以兩帶電體所帶電量的絕對值代入庫侖定律,計算出靜電力的大小,再依據“同種電荷相推斥,異種電荷相吸引”,在兩帶電體中心連線上确定出靜電力的方向。
庫侖力公式:
其中Q1和Q2分别是兩物體的帶電量,r是兩物體(中心)間的距離,k是一個常數。
靜止帶電體之間的相互作用力。帶電體可看作是由許多點電荷構成的,每一對靜止點電荷之間的相互作用力遵循庫侖定律,又稱靜電力。
實驗驗證
庫侖定律是1784--1785年間庫侖通過扭秤實驗總結出來的。扭秤的結構。在細金屬絲下懸挂一根秤杆,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于施于小球A上電力的力矩。如果懸絲的扭力矩與扭轉角度之間的關系已事先校準、标定,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,并且通過懸絲扭轉的角度可以比較力的大小。
純量形式
庫侖定律的标量形式隻描述兩個點電荷彼此相互作用的靜電力的大小。一個電量為q'的點電荷作用于另一個電量為q的點電荷,其靜電力F的大小,可以用方程表達為:
F=Ke*qq'/r^2,其中,r是兩個點電荷之間的距離,Ke是庫侖常數。
庫侖常數與真空電容率的關系方程為:正值的F表示排斥力;而負值則表示牽引力。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Ke為1的數值。
庫侖定律的标量公式表明,力量的大小直接地與兩個點電荷的電量成正比,又與兩個點電荷之間距離的平方成反比。根據實驗數據,距離的數,與-2的偏差,低于十億分之一!
矢量形式
給予兩個電量分别為q、q',位置分别為r、r'的點電荷。為了要得到點電荷q'作用于點電荷q的力量F的大小與方向,必須使用庫侖定律的矢量形式:
假若兩個點電荷同性(電荷的正負号相同),則其電量的乘積qq'是正值,兩個點電荷互相排斥。反之,假若兩個點電荷異性(電荷的正負号相反),則其電量的乘積qq'是負值,兩個點電荷互相吸引。
擴展
電磁力
是一種相當強的作用力,在宇宙的四個基本的作用力(重力、電磁力、強核作用力、弱核作用力)中,它的強度僅次于強核作用力。
而且近年來的研究發現,在某些狀況下,電磁力和弱核作用力會統一,這個發現使得人類距離大統一理論更進一步。
靜止帶電體之間的相互作用力。帶電體可看作是由許多點電荷構成的,每一對靜止點電荷之間的相互作用力遵循庫侖定律。又稱靜電力。
點電荷
任何帶電體都有形狀和大小,其上的電荷也不會集中在一點上。當帶電體的距離比他們自身的大小大得多,以緻帶電體的形狀,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,這樣的帶電體就可以看作帶電的點,叫做點電荷。
庫侖力應用
庫倫力(靜電力)是一種相當強的作用力,在宇宙的四個基本的作用力(萬有引力、庫倫力(電磁力)、強核作用力、弱核作用力)中,它的強度僅次于強核作用力。目前已經廣泛應用于人類的日常生活和工業生産中,如靜電除塵,空氣淨化,靜電噴塗,電磁開關中。
靜電式淨化器由外殼、靜電發生極,及網狀靜電收集極構成,利用靜電發生極陽極電暈放電,使流過的空氣中的顆粒物帶上正電,然後用陰極靜電收集極捕集吸附,空氣中的塵埃顆粒物通過淨化模塊時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闆上,達到淨化空氣目的。
靜電噴塗是利用高壓靜電電場使帶負電的塗料微粒由于庫倫力的作用沿着電場相反的方向定向運動,并将塗料微粒吸附在工件表面的一種噴塗方法。靜電噴塗設備由噴槍、噴杯以及靜電噴塗高壓電源等組成。