库仑定律电场电场强度

K
Q'Q
r

K
Q'Q
rˆ
z
Q’ •
r
r3
r2
'
•Q

在国际单位制中：
r－距离(m), rˆ r / r -单位矢量
xO
F －力(N)
y
Q－wenku.baidu.com荷量(C)
9
F

K
Q'Q
rˆ
r2
SI 中
SI 中库仑定律的常用形式:
1 令 K
4 0
0

8.85 1012
c2 m2N
真空介电常量或真空电容率
● 电子与质子之间的万有引力为
● 所以库仑力与万有引力数值之比为 因此在考虑带电粒子间的相互作用力时， 可忽略万有引力。
12
3
三.静电力叠加原理
实验表明，库仑力满足线性叠加原理，即不因第三者的存 在而改变两者之间的相互作用。
当几个点电荷同时存在时，施与另外某一点电荷的静电力，
等于各个点电荷单独存在时施与该电荷的静电力的矢量和。
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电荷周围存在电场，表现在 Q 周围引进另一点电荷q, q 会受到电力作用。q在不同点受到的电力不同，反映了不同 点电场不同。
电场强度: 描述场中各点电场强弱的物理量。
引进试验电荷q (q应足够小，以免它 的引入改变原来的场分布），利用q 在不同场点受力不同研究场的分布。
§1 库仑定律
1. 自然界中只存在正、负两种电荷
2. 电荷量子化 (charge quantization )－自然界存在
最小的电荷单元
e 1.60217733 1019C (库仑)
1906-1917年，密立根用油滴法首先从实验上证明了，
微小粒子带电量的变化不连续:
Q Ne
迄今所知，电子是自然界中存在的最小负电荷，质子 是最小的正电荷。
(3) 实验表明，严格遵从平方反比定律。若 1773，卡文迪许 1860, 麦克斯威 1971，威廉斯等
(4)与万有引力比较
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例如：氢原子中，电子与质子的距离为5.3x10-11米，约为它 们自身直径的105倍，因而可将电子、质子看成点电荷，有 ● 电子与质子之间静电力（库仑力）为吸引力，数量为：
.P
等
r >> l
效
l
.P
点电荷 —— 一种理想模型
点电荷的实验基础： （1）质子的散射实验表明质子线度<10-15m； （2）电子对撞实验表明电子线度<10-18m
对于有限分布带电体→无限多点电荷的集合。
7
2. Coulomb 定律
1785年，库仑实验——电学进入科学行列。 扭秤实验及其它实验 电力的平方反比律
1864－Maxwell 建立统一电磁场理论，预言电磁 波的存在和光的电磁本质；
1887－Hertz用实验证实了电磁波的存在；
1905－Einsten 狭义相对论，电磁统一的实质。
国防科大
第一讲 库仑定律 电场 电场强度
第一章 真空中的静电场
Electrostatic field
一.电荷
F
Q'Q
r
Q'Q
rˆ
4 r 3 4 r 2
0
0
其中 rˆ r / r 表示单位矢量 10
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讨论
F
Q'Q
rˆ
4 0r 2
(1) 基本实验规律。适用条件：真空、静止、点电荷； 适用范围：宏观，微观。
(2) Coulomb作用力本质的两种不同解释，场作用的观点。
2. 场是物质存在的形式，体现在： a. 给电场中的带电体施以力的作用。 b. 当带电体在电场中移动时，电场力作功, 表明电场具有能量。 c. 变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量。
表明电场具有动量、质量、能量，体现了 它的物质性。
3. 与粒子不同，场具有可叠加性。 4.静电场 ：相对于观察者静止的电荷产生的场。
4
1
电荷量子化是个实验规律:
假定中子电荷等于质子和电子电荷的代数和，现有的实
验结果(1983年):
| qn | | qe | | qp | 1021
| qe |
| qe |
表明：电荷量子化已在相当高的精度下得到了检验。
夸克（Quark)的分数电荷量假设： e / 3, 2e / 3
历史上认为超距作用：电力的传递不需要媒介，不
需要时间。
电荷
电荷
近距长程作用：法拉第指出，电力的媒介是电场， 电荷产生电场；电场对其他电荷有力的作用。 “电力”应为“电场力”。
电荷
电场
电荷
量子场论观点：电荷之间通过交换虚光子传递相互
作用。
电荷
光子
电荷
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1. 电荷之间的相互作用是通过电场传递的，或者说电荷周围 存在有电场。
宏观物体的电荷量仍可看作连续取值！ 3. 电量是相对论不变量 在不同的参照系内观察，同一个带电粒子的电量不变。 电荷的这一性质叫做电荷的相对论不变性。
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4. 电荷守恒定律 (law of conservation of charge)
封闭系统中发生的任何物理过程都不可能改变系统中的
电荷总量
Qi c
Charles Augustin de Coulomb 1736-1806，French physicist
8
2
Coulomb 定律：
在真空中， 两个静止点电荷之间的相互作用力大小，与它们 的电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比；作用力 的方向沿着它们的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。
F
Electromagnetics
1
第三部分 电磁学(Electromagnetics)
电磁学发展简史 1785－Coulomb 定律：静电学的理论基础；
1786－1800－1826－Galvani,Volta,Ohm发现电流、 电池和电流的Ohm定律；
1820－Ost 发现电流磁效应；
1831－Faraday 发现电磁感应定律，引入场的 概念，揭示了电和磁的联系；开始电在工业、通 讯中应用；
高能物理中正负电荷对总是成对产生或消灭。
5. 电荷的本质：物质的一种属性；电荷不能脱离物质而 存在。作为物质属性的质量与电荷存在差别：相对论不 变性。
未解决的问题：为什么电荷有最小单位？为什 么电荷能集中在电子这么小的体积上？电子有 没有结构？
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二. 库仑定律( Coulomb Law)
1. 点电荷：又一个理想模型。

F
静电力的叠加原理：
F2
n n
F F
1
qq 0i
rˆ
i i 1
4 r 2 i0
i 1 0 0i
r10
F1

库仑定律和叠加原理不仅是静电学的基础，
r20
而且是麦克斯韦电磁场理论赖以建立的实验
定律之一。
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§2 电场 电场强度
一.电场 (electric field)