電磁學系列三:庫侖定律

2021-01-18 RFsister創客射頻空間

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本期我們給大家帶來的是庫侖定律的講解!

公元前的人類已經掌握了摩擦生電,並且知道電荷分兩種類型,到後來物理學家查理·庫侖使用扭秤裝置實驗得電磁學最最基礎的「庫侖定律」


真空的電容率:

k=1/4πε0=9×109[N㎡/C2]


無論是q1受到來自q2的作用力,還是q2受到來自q1的作用力,他們的大小相等、方向相反。這就是力學中作用與反作用定律

為了理解庫侖力,人類發明了很多的概念來描述它,比如電場、電位、電場線、矢量場、標量場等等。


下面我們來講解下上面的相關概念



Q:什麼是電場呢?

A:電場是表現受電荷牽引的作用力的矢量場。



Q:電場和電場強度有什麼關係?

A:電場力的表現就是電場強度了。q庫侖的電荷受到來自電場的作用力的情況

位又稱電勢,是指單位電荷在靜電場中的在某一點所具有的電勢能。電勢大小取決於電勢零點的選取,其數值只具有相對的意義


Q:如果正負電荷在一起電場什麼情況

A:矢量場的箭頭從正電荷射出,被負電荷吞沒。


Q:周圍在前面我們一直說「庫侖」,那庫侖到底是什麼,他又有多大呢?

A: 物理學中,把電荷的多少叫做電荷量。電荷量用Q表示,它的單位是庫侖,簡稱庫,用符號C表示。(其實在歷史中,電磁學中出現過各種各樣的單位。像「長度」「質量」一樣,現在仍有一些單位存在,但長度和重量單位的起源分別是地球的大小和水的重量)那麼,如何決定電磁學的基本單位——「單位電荷量」才是最公平的呢?

基本定義:1庫侖=1安培·秒

1庫侖:1安培的電流一秒內通過的導線橫截面積的電量。


那1安培又是多少?

定義:在真空中相距為一米的兩根無限長的平行直導線,通過相等的恆等電流,當每米導線上受到作用力為2×10^-7N 時,各導線的電流為1安培。

由此可以看出庫侖不是國際單位制基本單位,而是由「安培」這個國際單位導出的。


1庫侖的大小到底是多少呢?

首先,將電荷1C,距離1m代入庫侖定律

可以計算出電流間的相互作用力有9.0x109N。相當於90噸,但是我們在日常生活中是看不見如此強大的庫侖力。這是因為正電荷和負電荷通常處於互相混雜的狀態,這麼多的電荷想要拉開距離是十分困難的。而1A的電流與流經100W的燈泡的電路一樣,十分普遍。

最小的電荷是一個電子,其大小為1.6x10-19C。1C約相當於6.25×1018個電子的電量。


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