電荷與庫倫定律

現在讓我們進一步探索「電荷」這個產生電力的基本現象。電荷到底是什麼呢?我們將從電荷的基礎知識開始詳細解說,並介紹利用庫倫定律計算電荷量的方法。

何謂電荷

所謂電荷是指帶電物體所帶有的電量。相較於質子,如果電子較多為-,如果電子較少則為+。符號以Q表示,單位以C(庫倫)表示。假設兩個電荷量為Q1、Q2,距離為r[m],作用於兩個電荷之間的力為F[N],庫倫定律以下列公式表示。

公式

以一般媒介而言,如下所示。(但,εs為媒介的相對電容率。)

公式

庫倫定律

兩個帶電物體相互接近時,相同極性的靜電會相互排斥,不同極性的靜電則會相互吸引。
此時產生的靜電力稱為「庫倫力」(單位:N),其電荷量與力的關係以「庫倫定律」來表示。

公式

在無法量測大小的極小物體上帶電的電荷稱為點電荷,電荷量Q'[C]的點電荷B在真空中接近電荷量Q[C]的點電荷A,假設其距離為r[m],根據庫倫定律計算靜電力F時,將會與B和A之間的距離r[m]的平方成反比,並與A的電荷量與B的電荷量的乘積成正比。

比例常數ε0是稱為真空介電常數(8.85×10-12[F/m]:每公尺法拉)的一種常數。
如果兩個電荷的極性相同,庫倫力為排斥力;如果兩個極性不同,則庫倫力為吸引力,在除以重力加速度9.8[m/s2]之後即可計算出[kg]單位的庫倫力。

【例】

2個點電荷1[C]與-1[C],其距離為1[m]時,靜電力(F)即為此公式所示。

據此,即為約100萬噸重的作用力,相當於各抬起100萬噸重量物的力。由於1庫倫[C]的單位過大,實際使用的是以1[m]四方形高分子薄膜摩擦帶電時的帶電量(約10-5[C]左右)為單位。

【庫倫定律】

據說發現庫倫定律的是希臘時代的哲學家泰勒斯(Thales BC.640至546年),但正式定義此學說的則是庫倫(1739至1806年),並於1785年發表。

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