库仑定律的产生及适用条件分析

照日格图

(呼和浩特民族学院环境工程系,内蒙古呼和浩特 010051)

库仑定律的产生及适用条件分析

照日格图

(呼和浩特民族学院环境工程系,内蒙古呼和浩特 010051)

库化定律可以说是物理学的基本定律之一,库仑定律的产生奠定了电学理论的基础,库仑定律阐明了带电体相互作用的规律,决定了静电场的性质,也为整个电磁学奠定了基础。而在涉及到库仑定律的专业书籍中,存在着对相关理念阐述不确切,库仑定律适用情况分析不严谨的现象,因此,本文对库仑定律的产生进行阐述,并对库仑定律的适用情况进行了详细的分析。

库化定律 产生 适用条件 分析研究

库化定律的产生和应用，使电磁学进入了一个全新的时代，它对电子的相互作用进行了探讨，并将电子的物理特性进行量化分析，使其可以通过数学的手段开展相关研究，为之后的电磁学研究带来了便利，如果没有库仑定律，那么诸如麦克斯韦方程组、静电场方程等这样的电磁学相关定律都无法验证和使用，因此，库仑定定律在物理理论中的地位是十分重要的，我们要对其产生情况进行全面的了解，对其适用条件进行深刻的探讨和分析，在对库仑理论进行准确的认识和学习后，就能够更好的完成电磁学的学习和研究工作。

1 库仑定律的产生

之所以称之为库仑定律，源自在1978年的法国，作为军事工程师的库仑(CharlesAuguslin Coulomb，1736～1806)在进行扭秤实验的过程中，发现两个带电的小球，在一定的距离范围内会相互的影响，发生偏转等现象，这就说明有力矩的存在，再准确的知道两个小球之间的距离及转动的角度便可以得出在该种情况下两个小球之间的作用力，库仑通过对实验验证了在真空环境下，两电荷之间的相互作用力反比于两电荷之间距离的平方。

其实，库仑定律中所描述的物理现象并不是首例。在我国的东汉时期，就有了“顿牟拾芥，磁石引针”的说法，可见我国对电和磁的认识与记录并不晚于西方。然而这简单的描述并不是系统的科学，物理定律都要经过由现象到本质的发展过程，找现象的存在规律并进行记载可称之为定律和科学，并且能否为人们所用是其重要的评价标准。除我国历史的记载外，库仑也不是做扭秤实验的首例，但由于科学的优先性，谁最早发表就是谁的科研成果，使得这一定律被贯以库仑的名字。

电力反平方律最先的提出者理应是普利斯特里，但由于普利斯特里本人对这一猜测信心不大，同时也未引起电学领域内的关注，导致该成果被忽视。在1755年的美国，电学家富兰克林在进行实验时并发现了这一现象，但在十年后，他才将这一发现以书信的方式告知好友普利斯特里，同时他将这一实验重做。随后在1766年，普利斯特里重复了实验，发现放在金属容器内的电荷并不会受到容器本身所带电荷的影响，紧接着他将这一规律与万有引力相联系，得出两个电荷间的作用力反比于它们距离的平方项。

而库仑却对实验中发现的这一现象进行了系统的科学论述，并发表了一系列的论文。它对实验中出现误差的产生原因、实验所用设备仪器，以及实验方法进行详细的描述。对所提出的理论给出了充分的实验证明，使其成为科学上重大的发现，因而被命名为库仑定律。

扭秤实验是在真空中进行的，因为该实验没有对电荷的电量给出界定，故在库仑的相关报告中仅描述了平方反比，而电力与电荷的电量成正比的说法是后期的科学家如高斯等人提出并完善的。即在真空中两个静止点电荷之间的相互作用力与距离平方成反比，与电量乘积成正比，作用力的方向在它们的连线上，同号电荷相斥，异号电荷相吸。数学表达式见图1，图1中r表示两者之间的距离；r表示q1和q2方向的矢径。

2 库仑定律的适合条件

从学习的角度出发，库仑定律是学生学习的第一个电磁学内容，在学习的过程中，学生要充分掌握方式和方法，不要以为做到简单的背诵就是学到了，而要从多个层、多角度、全方面的进行综合的学习，条件允许的话可以进行实验验证，通过对实验的设计和准备，以及实验的具体操作和观察，可以加深对库仑定律的理解，使记忆更加深刻，从而提高分析问题的能力，也锻炼了动手能力，并在实验中学会严谨的科学态度，这样的进步不仅仅是针对库仑定律的学习时有所帮助，在学习其它知识时，同样受用，并对未来的科学研究奠定了良好的基础和习惯。

不管是哪种科学定律，都有一定的使用范围，超出了这个范围便会失去作用，库仑定律也是一样，它同样是受到物理量在特定条件下的限制，不难看出它具备一定的适用条件。通常情况下可归纳为：(1)点电荷(2)点电荷所处环境为真空(3)两点电荷是静止的或相对静止的，这三个条件并列存在。

条件一是库仑定律成立的条件，这很好理解。因为只有点电荷，距离才有确切的意义，但它不是限制库仑定律的使用条件。条件二是只适用于真空，比较好理解。因为周围有导体或介质时会产生其它电荷，情况就会变得比较复杂。条件三指两点电荷相对静止，且相对于观察者静止。它是静电学的出发点，因为库仑定律在电磁场理论中给出的是一种静电场分布，但是，在应用库仑定律时可以放宽到静止电荷对运动电荷的作用，但不能推广到运动源电荷对静止电荷的作用，因为有推迟效应。总的来看，这三个必要条件中，最重要的条件就是电荷必须是静止的。当电荷处在运动的状态下，那么库仑定律也就失效了。

3 结语

库仑定律是整个静电学和电磁学的理论基础，使得相关研究由定性观察进入实验测量的新阶段，它推动了物理学的进步，并为电磁感应学等学科打下了基础，从而改变了人们的日常生活，依据这些理论原理，产生了电动机、电工电子技术等等实用性非常强大的新技术，而且在过去几个世纪的时间里，发挥了巨大的作用，使人类社会飞速的发展，因此说，如果没有库仑定律就没有今天科技的腾飞以及人们如此高的生活水平，就没有现代文明，并不为过。因此我们要对库仑定律进行深入研究，不断学习创新，从而结出更多的硕果，推动人类社会更好更快的发展。

[1]张拴柱.论库仑定律的适用条件[J].长治学院学报,2013(04)15.

[2]吴燕丹.从库仑定律看高师物理规律的教学[J].内江师范学院学报,2010(08)15.