庫侖定律知多少

裴強

1785年，法國科學家庫侖通過他自己設計的扭秤，測量出帶電球體之間非常微弱的靜電力遵循與兩個帶電球體電荷量的乘積成正比，與距離的平方成反比的特點，從而建立了庫侖定律。庫侖定律不僅闡明了帶電體之間相互作用的規律，奠定了整個電磁學的基礎，同時它也是物理學的基本定律之一。下面將庫侖定律的幾個特點介紹如下。

一、靜電力與距離平方成反比是自然界最精準的規律之一

卡文迪許采用檢驗空心導體內表面帶電程度的方法，證實靜電力與距離平方成反比規律偏差δ<10-2，這個結果和庫侖的實驗偏差基本是一樣的。到1873年，英國物理學家麥克斯韋用同樣的方法證實其偏差δ<10-4。到1939年，普林頓和勞頓用靈敏電流計和電子學放大儀器重復實驗，證實其偏差δ<10-9。后來又有科學家使用更高靈敏度的放大器，并在內導體殼內放置檢驗器和記錄儀器，使得其偏差降到δ<10-13和δ<10-16。有力地證明了靜電力與距離平方成反比是自然界最精準的規律之一。

二、庫侖定律的適用范圍

點電荷指的是形狀、大小及帶電體上電荷之間相互作用力可以忽略的帶電體，另外只有“靜止”的點電荷才會在空間中激發靜電場，這時點電荷之間的相互作用力才會相等。因此，教科書中介紹庫侖定律適用于兩個點電荷靜止的情況。

那么庫侖定律里兩個點電荷之間的距離是多少才是有效的呢？1912年，盧瑟福在檢驗原子核模型所做的α粒子散射實驗證實，兩個點電荷間的距離在10-15m以上庫侖定律可以嚴格成立。1980年，丁肇中在他的實驗報告中提到輕子的半徑小于10-18m，這說明帶電體之間的距離小于10-18m時，庫侖定律仍然可以成立。另外，大量的地球物理探測實驗表明，在大到地球的線度內即107m，庫侖定律都是可以很好地成立的。至于庫侖定律是否能在更大的距離范圍內成立，當前沒有明確研究定論。

三、庫侖定律與其他物質無關

在教科書中，庫侖力往往指真空中兩個點電荷之間的相互作用力，其目的是為了去除其他電荷的影響。但是，有了“真空中”這樣的限制條件，就會使人產生這樣的疑問：其他物質是否會影響庫侖定律的成立？答案是：庫侖定律與其他物質無關，其他物質的存在并不會影響庫侖定律的成立。但是，當空間中存在其他物質時，原來的兩個電荷產生的電場就會使得這些物質產生極化電荷或感應電荷。同時，原來的這兩個電荷也會受到這些極化電荷或感應電荷的影響，這會極大增加它們相互之間相互作用力的復雜程度。

我們在研究電磁現象時，往往需要對現實存在的物體進行簡化，抽象成理想模型以方便討論問題。但是，理想模型的建立是需要一定條件的。

庫侖定律作為電磁學發展史上的第一個定量規律，它為整個電磁學的發展奠定了基礎，對整個物理學的發展也產生了重大影響。但是，當兩個電荷具有相對運動時，它們就不再遵守庫侖定律，當然此時，它們之間的相互作用力也不遵守牛頓第三定律。這也就要求我們要有一個更嚴謹的態度去認識它、學習它和應用它。

編輯 張佳琪