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電場(chǎng)力（電場(chǎng)對放入其中電荷的作用力）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-19

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電場(chǎng)力

電場(chǎng)對放入其中電荷的作用力

電荷之間的相互作用是通過(guò)電場(chǎng)發(fā)生的。只要有電荷存在，電荷的周?chē)痛嬖谥?zhù)電場(chǎng)，電場(chǎng)的基本性質(zhì)是它對放入其中的電荷有力的作用，這種力就叫做電場(chǎng)力。

電場(chǎng)力大小可以由庫侖定律計算，也可以用其它公式計算。

基本信息

中文名	電場(chǎng)力
外文名	electric field force
提出者	庫侖定律
定義	電場(chǎng)對放入其中的電荷有力的作用
計算公式	F=qE
分類(lèi)	物理學(xué)
單位	牛頓（N）
遵循法則	平行四邊形定則

收起

定理公式

任何電場(chǎng)中適用的公式：

勻強電場(chǎng)通用公式：

（注：

指兩極板的距離，

指兩極板電勢差）

真空中點(diǎn)電荷適用的公式：

（注：靜電力常量

）

萬(wàn)有引力公式：

（注：萬(wàn)有引力常量

）

解釋

一、定義：電荷之間的相互作用是通過(guò)電場(chǎng)發(fā)生的。只要有電荷存在，電荷的周?chē)痛嬖谥?zhù)電場(chǎng)。電場(chǎng)的基本性質(zhì)是它對放入其中的電荷有力的作用，這種力就叫做電場(chǎng)力。電場(chǎng)力是當電荷置于電場(chǎng)中所受到的作用力，或是在電場(chǎng)中對移動(dòng)自由電荷所施加的作用力。電場(chǎng)力大小可以由庫侖定律計算，也可以用其它公式計算。當有多個(gè)電荷同時(shí)作用時(shí)，其大小及方向遵循矢量運算規則。

電場(chǎng)力

二、方向：正電荷沿電場(chǎng)線(xiàn)的切線(xiàn)方向，負電荷沿電場(chǎng)線(xiàn)的切線(xiàn)方向的反方向。

三、計算：電場(chǎng)力的計算公式是

，其中q為點(diǎn)電荷的帶電量，E為場(chǎng)強。或由

，也可以根據電場(chǎng)力做功與在電場(chǎng)力方向上運動(dòng)的距離來(lái)求。電磁學(xué)中另一個(gè)重要公式

（其中U為兩點(diǎn)間電勢差），就是由此公式推導得出。

電場(chǎng)力是當電荷置于電場(chǎng)中所受到的作用力。或是在電場(chǎng)中為移動(dòng)自由電荷所施加的作用力。其大小可由庫侖定律矢量運算規則得出。當有多個(gè)電荷同時(shí)作用時(shí)，其大小及方向遵循矢量運算規則。

功能

由于電場(chǎng)力的作用廣泛，它應用到離子加速器，航天事業(yè)中導航修正。對新物質(zhì)的加工。對物質(zhì)排列改變。在未來(lái)可能是主要動(dòng)力之一等等。在未來(lái)有電場(chǎng)力的存在航空航天事業(yè)會(huì )得到長(cháng)足發(fā)展，例如利用電場(chǎng)保護層（可以讓飛行器更輕）；以及讓飛行器依賴(lài)電場(chǎng)飛行（而取代現有的發(fā)動(dòng)機）；電場(chǎng)在核物質(zhì)的衰變起作用（讓我們能更好的利用能源）。

研究方向

在未來(lái)有電場(chǎng)力的存在航空航天事業(yè)會(huì )得到長(cháng)足發(fā)展，例如利用電場(chǎng)保護層（可以讓飛行器更輕）；以及讓飛行器依賴(lài)電場(chǎng)飛行（而取代現有的發(fā)動(dòng)機）；電場(chǎng)在核物質(zhì)的衰變起作用（讓我們能更好的利用能源）。

來(lái)源發(fā)現

1785年，庫侖用自己發(fā)明的扭秤建立了靜電學(xué)中著(zhù)名的庫侖定律。同年，他在給法國科學(xué)院的《電力定律》的論文中詳細地介紹了他的實(shí)驗裝置，測試經(jīng)過(guò)和實(shí)驗結果。

證明方法

庫侖的扭秤是由一根懸掛在細長(cháng)線(xiàn)上的輕棒和在輕棒兩端附著(zhù)的兩只平衡球構成的。當球上沒(méi)有力作用時(shí)，棒取一定的平衡位置。如果兩球中有一個(gè)帶電，同時(shí)把另一個(gè)帶同種電荷的小球放在它附近，則會(huì )有電力作用在這個(gè)球上，球可以移動(dòng)，使棒繞著(zhù)懸掛點(diǎn)轉動(dòng)，直到懸線(xiàn)的扭力與電的作用力達到平衡時(shí)為止。因為懸線(xiàn)很細，很小的力作用在球上就能使棒顯著(zhù)地偏離其原來(lái)位置，轉動(dòng)的角度與力的大小成正比。庫侖讓這個(gè)可移動(dòng)球和固定的球帶上不同量的電荷，并改變它們之間的距離：

第一次，兩球相距36個(gè)刻度，測得銀線(xiàn)的旋轉角度為36度。

第二次，兩球相距18個(gè)刻度，測得銀線(xiàn)的旋轉角度為144度。

第三次，兩球相距8.5個(gè)刻度，測得銀線(xiàn)的旋轉角度為575.5度。

上述實(shí)驗表明，兩個(gè)電荷之間的距離為

時(shí)，扭轉角為

。由于扭轉角的大小與扭力成反比，所以得到：兩電荷間的斥力的大小與距離的平方成反比。庫侖認為第三次的偏差是由漏電所致。

經(jīng)過(guò)了這們巧妙的安排，仔細實(shí)驗，反復的測量，并對實(shí)驗結果進(jìn)行分析，找出誤差產(chǎn)生的原因，進(jìn)行修正，庫侖終于測定了帶等量同種電荷的小球之間的斥力。

但是對于異種電荷之間的引力，用扭稱(chēng)來(lái)測量就遇到了麻煩。因為金屬絲的扭轉的回復力矩僅與角度的一次方成比例，這就不能保證扭稱(chēng)的穩定。經(jīng)過(guò)反復的思考，庫侖發(fā)明了電擺。他利用與單擺相類(lèi)似的方法測定了異種電荷之間的引力也與它們的距離的平方成反比。

最后庫侖終于找出了在真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力與兩點(diǎn)電荷所帶的電量及它們之間的距離的定量關(guān)系，這就是靜電學(xué)中的庫侖定律，即兩電荷間的力與兩電荷的乘積成正比，與兩者的距離平方成反比。庫侖定律是電學(xué)發(fā)展史上的第一個(gè)定量規律，它使電學(xué)的研究從定性進(jìn)入定量階段，是電學(xué)史中的一塊重要的里程碑。電荷的單位庫侖就是以他的姓氏命名的。

人物

庫侖(Charlse-Augustin de coulomb 1736 --1806)

法國工程師、物理學(xué)家。1736年6月14 日生于法國昂古萊姆。1806年8月23日在巴黎逝世。

早年就讀于美西也爾工程學(xué)校。離開(kāi)學(xué)校后，進(jìn)入皇家軍事工程隊當工程師。法國大革命時(shí)期，庫侖辭去一切職務(wù)，到布盧瓦致力于科學(xué)研究。法皇執政統治期間，回到巴黎成為新建的研究院成員。

1773年發(fā)表有關(guān)材料強度的論文，所提出的計算物體上應力和應變分布情況的方法沿用到現在，是結構工程的理論基礎。1777年開(kāi)始研究靜電和磁力問(wèn)題。當時(shí)法國科學(xué)院懸賞征求改良航海指南針中的磁針問(wèn)題。庫侖認為磁針支架在軸上，必然會(huì )帶來(lái)摩擦，提出用細頭發(fā)絲或絲線(xiàn)懸掛磁針。研究中發(fā)現線(xiàn)扭轉時(shí)的扭力和針轉過(guò)的角度成比例關(guān)系，從而可利用這種裝置測出靜電力和磁力的大小，這導致他發(fā)明扭秤。他還根據絲線(xiàn)或金屬細絲扭轉時(shí)扭力和指針轉過(guò)的角度成正比，因而確立了彈性扭轉定律。他根據1779年對摩擦力進(jìn)行分析，提出有關(guān)潤滑劑的科學(xué)理論，于1881年發(fā)現了摩擦力與壓力的關(guān)系，表述出摩擦定律、滾動(dòng)定律和滑動(dòng)定律。設計出水下作業(yè)法，類(lèi)似現代的沉箱。1785~1789年，用扭秤測量靜電力和磁力，導出著(zhù)名的庫侖定律。庫侖定律使電磁學(xué)的研究從定性進(jìn)入定量階段，是電磁學(xué)史上一塊重要的里程碑。

理論

磁學(xué)中的庫侖定律也是利用類(lèi)似的方法得到的。1789年法國大革命爆發(fā)，庫倫隱居在自己的領(lǐng)地里，每天全身心地投入到科學(xué)研究的工作中去。同年，他的一部重要著(zhù)作問(wèn)世，在這部書(shū)里，他對有兩種形式的電的認識發(fā)展到磁學(xué)理論方面，并歸納出類(lèi)似于兩個(gè)點(diǎn)電荷相互作用的兩個(gè)磁極相互作用定律。庫侖以自己一系列的著(zhù)作豐富了電學(xué)與磁學(xué)研究的計量方法，將牛頓的力學(xué)原理擴展到電學(xué)與磁學(xué)中。庫侖的研究為電磁學(xué)的發(fā)展、電磁場(chǎng)理論的建立開(kāi)拓了道路。這是他的扭秤在精密測量?jì)x器及物理學(xué)的其它方面也得到了廣泛的應用。

庫侖不僅在力學(xué)和電學(xué)上都做出了重大的貢獻，做為一名工程師，他在工程方面也作出過(guò)重要的貢獻。他曾設計了一種水下作業(yè)法。這種作業(yè)法類(lèi)似于現代的沉箱，它是應用在橋梁等水下建筑施工中的一種很重要的方法

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