点电荷及库仑定律

一、电荷 在《物理学中的四种基础作用力》一文的表格中、还有在《电磁学主要历史事件年表》一文提及的1773年大事记上,已经初步看出了电磁力与电荷之间存在的关联:两个点电荷之间无论距离多远,他们都会形成相互的“羁绊”,这和引力的表现十分相似。而具体到这种“羁绊”的具体数值时,便可以用计算出来。至此,可以说: 1、电荷之间的相互作用就是他们形成的电场力(电磁力);2、电磁力作用于两个点电荷之间。 单个“点电荷”的电量大约是库伦,这个数值实在1923年时由Robert Millikan通过油滴实验得出的结论。至于“油滴实验”的具体内容,以及“点电荷是否还能够继续细分”,都是我现在比较好奇,但还没时间进一步查阅的疑问。 二、库仑定律 库仑定律的基本计算式是,这其中有几个问题。 1、理想情况下的两点电荷计算式: 上面显然是将两个点视为“点电荷”,实际情况会远比上面的模型复杂,首先自然界中不可能存在一个区域只有2个点电荷,这个区域也不可能不受外界的干扰(外界其他地方的电荷可以无需介质的影响到当前的环境);另一方面,两个点上并非只各有一个电子,所以两个“点”上实际可能会各自带有更大的电量,而形成面积,但是为了计算方便会将他们的面积忽略、进而还是视为一个点,这样来近似两个点见的距离。 而在现实情况下,任何一个区域中的一个“点电荷”,所受到的电磁力都是整个空间、乃至整个宇宙中弥漫的所有其他电荷对它的综合影响。好在宇宙是无限大的,所以任何一个“点”都可以被看作是宇宙的中心,而宇宙空间中的“弥漫性”似乎又是均匀的,所以在宏观上,大体可以说所有的“外界电荷影响”可以相互抵消,从而在关注的“研究区域内”,还是可以认为是没有外界叠加和干扰的。 2、常数k的取值是多少? 这个常数k被称为“库伦常数”,它的值大约是通过真空介电常数推导出来的,具体计算过程是:

电磁学主要历史事件年表

公元前500年:希腊人发现经过摩擦的琥珀可以吸引起轻小的碎屑,还发现某些来自于Magnesia地区的岩石可以吸引金属铁。有趣的是,在希腊语中,琥珀的希腊语就是electron,而Magnesia地区的英文应该就是magnetic这个词的由来,因而今天说的“电和磁”,在公元前500年被希腊人发现时,“电”指的就是经过摩擦的琥珀、“磁”指的就是Magnesia地区的具有吸引力的石头。 1730年:Charles Francois du Fay在研究笔记中指出,电性有两种形式,一种是vitreous性质的、另一种是resinous性质的。vitreous性质具体是指经过丝绸摩擦的玻璃,也就是今天说的正电性;resinous性质是指皮毛摩擦过的树脂,也就是今天说的负电性。 1740年:Ben Franklin提出了“one fluid假说”,认为在由正负极构成的导电网络上,正极比负极有着更多的“电量”,并且这些“电量”将从正极流向负极。显然今天关于电流的定义中,这个one fluid假说仍然在扮演着重要的角色,虽然事实与它恰恰相反,但历史演变无法更改,将错就错的理论在无伤大雅的情况下,也就一直延用至今了。 1766年:Joseph Priestley通过试验,间接的证明了电荷之间的力与他们的距离的平方成反比的初步结论。即:电荷间电场力F,反比于,电荷间距离的平方。 1773年:Henry Cavendish通过更精确的实验,得出了近乎准确的电荷间作用力关系式。 1786年:Charles Augustin de Coulomb完成了对静电力的测量,并通过直接证明,复证了电场力的平方反比定律。 1800年:Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta,好长的名字,简单地说,就是Volta先生,发明了电池。严格来说,应该说是“伏打电堆”,这是人类历史上最早、也是最古老形式的电池。 1820年:Hans Chrstian Oersted和Andr´e-Marie Amp`ere,开始研究磁场与电流之间存在的关系。 1831年:Michael…

物理学中的四种基础作用力

电磁力是物理学中的四种基础力之一,另外三种基础力分别是:引力、弱核力、强核力。下表给出这四种基础力的对比: 力 范围(cm) 作用粒子 交换粒子 强弱 远近 引力 ∞ 所有具有质量的粒子 引力子 (m=0) 弱 远 弱核力 所有基本粒子,如夸克、轻子等 玻色子 () 弱 近 电磁力 ∞ 所有带电荷的粒子 光子 (m=0) 强 远…