电磁力 库仑定律

人们很早就对静电现象有所了解，我国古代就有着“琥珀拾芥”的静电知识记载。

电力与引力不同，它有正、负两种。大小相等、性质相反的电荷可以彼此抵消。世界上一切不带电的物体，全是等量正负电荷的组合体。

最早探索静电力规律的，是 18 世纪一位军事工程师查理·库仑。库仑早

年在西印度群岛服役 9 年，后因病退伍回家，这位工程师喜欢自己动手，擅长制作简单的仪器。

1777 年，他发明了一种用细金属丝制成的扭秤，想用来测量以前无法测量的力。静电力到底服从什么规律？便是库仑测量的主要内容。这个实验， 方法很简单。将电荷 Q1 放在左边，右边用细金属丝悬挂一个摆，带电荷 Q2。Q1 和 Q2 同性则相斥，异性则相吸。这时，Q2 所受到的吸引力就跟一个钟摆受到地球的引力一样。大家知道，摆的周期与所受的力的平方根成反比：

周期 = 常数

根据这个原理，通过测量周期，就可以决定出这个力的大小。

从 1784 年开始，库仑在法国皇家科学院备忘录中，发表了一系列有关静电力测量结果的论文。他从许多数据中，归纳出静电规律：两个质点分别带电荷 Q1、Q2，距离为 R，那么，它们之间的作用力跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比。其公式为：

F = K Q1·Q2

R2

这就是人们认识电磁力的第一个基本定律——库仑定律。式中 K 表示一定量纲的比例常数，其值在真空中为 8.987×109 牛顿·米 2/库仑 2

不难看出，这个公式和万有引力公式十分相似，所不同的是，引力总是相互吸引，静电力却有正有负，表现为力有引有斥，再就是在强度上差异甚大，静电力要比引力强 1036 倍。

现在，我们来思考一个问题，为什么氢原子核外面只有一个电子呢？原来，这里就是库仑定律的规矩，大家熟悉，电场的强弱可以用电力线的疏密来描写。我们把穿过某一面积的电力线条数称为电通量。根据电力与距离平方成反比的库仑定律可以证明，对于一个包量等量正、负电荷体系的闭曲面， 穿过它的电通量为零。也就是说，这种体系不可能把静电力漏到很远的地方去，从电学的性质讲，它是稳定的。氢原子的原子核中只有一个带正电的质子，所以外面只有一个带负电的电子才能组成稳态结构。其它各种元素无不如此。

倘使自然界的静电规律不符合库仑定律，哪怕是稍微有一点差异，例如， 静电力不与距离的平方成反比，而是与距离的 1.9 次方成反比，那将会发生什么情况呢？此时，穿过包围氢原子闭曲面的电通量不再等于零，也就是说， 有静电力线（流进闭曲面和流出闭曲面的电力线之差）穿过闭曲面，这说明静电力可以渗透到氢原子外面很远的地方去。大家可想而知，如果氢原子的电性真的发生了这种改变，它将影响到氢原子与其它原子的结合，由氢原子

和氧原子结合的化合物——水的性质，也不知会变成一个什么样子？它显然再不会具有今天人们所熟知的性质了。所幸的是，这一切都不是真的，世界被库仑定律“统治”着，使我们在今天的世界上生活得很好。