Định luật Coulomb và Điện trường

Định luật Coulomb mô tả lực tương tác giữa các điện tích điểm tĩnh và định nghĩa điện trường là lực tác dụng trên một đơn vị điện tích thử.

Definition

Định luật Coulomb phát biểu rằng lực giữa hai điện tích điểm tác dụng dọc theo đường nối chúng với độ lớn tỷ lệ thuận với tích của các điện tích và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng; điện trường là lực tác dụng trên một đơn vị điện tích thử dương tại mỗi điểm trong không gian.

Scope

Chủ đề này bao gồm định luật lực nghịch đảo bình phương giữa các điện tích điểm, nguyên lý chồng chất, định nghĩa điện trường như một trường vectơ bao quanh các phân bố điện tích, và cách tính toán trường từ các phân bố điện tích rời rạc và liên tục. Nó cũng bao gồm các thử nghiệm thực nghiệm về số mũ nghịch đảo bình phương và trường của các hình dạng đơn giản như đường, mặt phẳng và hình cầu điện tích.

Core questions

• Lực tĩnh điện phụ thuộc vào độ lớn điện tích và khoảng cách như thế nào?
• Trường của một phân bố điện tích liên tục được tính bằng nguyên lý chồng chất như thế nào?
• Số mũ nghịch đảo bình phương đã được kiểm chứng thực nghiệm chính xác đến mức nào?

Key concepts

• điện tích điểm
• định luật nghịch đảo bình phương
• nguyên lý chồng chất
• vectơ điện trường
• điện tích thử
• phân bố điện tích liên tục

Key theories

Định luật lực nghịch đảo bình phương

Lực giữa các điện tích điểm giảm theo bình phương nghịch đảo của khoảng cách; các thí nghiệm có độ chính xác cao giới hạn sai lệch của số mũ so với 2 là nhỏ hơn một phần tỷ, tương đương với việc giới hạn khối lượng photon.

Nguyên lý chồng chất

Tổng trường từ nhiều điện tích là tổng vectơ của các trường của từng điện tích riêng lẻ, điều này là cơ sở cho các biểu thức tích phân của trường từ các phân bố liên tục.

Clinical relevance

Khái niệm trường và tương tác Coulomb là cơ sở để hiểu về máy gia tốc hạt, phổ khối, ion hóa phun điện (electrospray ionization), và lực tĩnh điện giữa các phân tử tích điện.

History

Coulomb đã công bố kết quả cân xoắn của mình vào năm 1785, mặc dù Cavendish trước đó đã suy ra định luật nghịch đảo bình phương từ sự vắng mặt của điện tích bên trong một vật dẫn tích điện. Hình ảnh đường sức trường của Faraday vào những năm 1830 đã định hình lại tác dụng từ xa thành một trường cục bộ, một quan điểm được Maxwell củng cố.

Key figures

• Charles-Augustin de Coulomb
• Henry Cavendish
• Michael Faraday

Seminal works

• jackson1998
• williams1971

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa lực điện và điện trường là gì?

Điện trường là một thuộc tính của không gian được tạo ra bởi các điện tích nguồn, được định nghĩa là lực trên một đơn vị điện tích; lực điện là những gì một điện tích cụ thể thực sự trải nghiệm khi được đặt trong trường đó, bằng điện tích của nó nhân với trường.

Định luật nghịch đảo bình phương được biết chính xác đến mức nào?

Các thí nghiệm hiện đại giới hạn bất kỳ sai lệch nào của số mũ so với chính xác 2 xuống dưới khoảng một phần trong 10^9, điều này cũng đặt ra một giới hạn trên nghiêm ngặt đối với khối lượng nghỉ của photon.