库仑定律的适用条件

库仑定律的适用条件

场源电荷静止、受力电荷运动

库仑定律适用于场源电荷静止、受力电荷运动的情况,但不适用于运动电荷对静止电荷的作用力。由于静止的场源电荷产生的电场的空间分布情况是不随时间变化的,所以,运动的电荷所受到的静止场源电荷施加的电场力是遵循库仑定律的;静止的电荷所受到的由运动电荷激发的电场产生的电场力不遵守库仑定律,因为运动电荷除了激发电场外,还要激发磁场。此时,库仑力需要修正为电磁力。但实践表明,只要电荷的相对运动速度远小于光速c,库仑定律给出的结果与实际情形很接近。

库仑定律只适用于点电荷之间。

带电体之间的距离比它们自身的大小大得多,以至形状、大小及电荷的分布状况对相互作用力的影响可以忽略,在研究它们的相互作用时,人们把它们抽象成一种理想的物理模型——点电荷,库仑定律只适用于点电荷之间的受力。

实验

卡文迪许的同心球电荷分布实验,比库仑的扭秤实验精确且早几十年,但是卡文迪许并没有发表自己的著作。直到1871年麦克斯韦主持剑桥大学的卡文迪许实验室后,卡文迪许的手稿才转到了麦克斯韦手中,麦克斯韦亲自动手重复了卡文迪许的许多实验,手稿经麦克斯韦整理后出版,他的工作才为世人所知。

库伦的研究

电学上,他做了电学研究的扭秤实验:是由一根悬挂在细长线上的轻棒和在轻棒两端附着的两只平衡球构成的。

当球上没有力作用时,取一定的平衡位置。如果两球中有一个带电,同时把另一个带同种电荷的小球放在它附近,则会有电力作用在这个球上,球可以移动,使棒绕着悬挂点转动,直到悬线的扭力与电的作用力达到平衡时为止。

因为悬线很细,很小的力作用在球上就能使棒显著地偏离其原来位置,转动的角度与力的大小成正比。库仑让这个可移动球和固定的球带上不同量的电荷,并改变它们之间的距离。

经过实验得到:两电荷间的斥力的大小与距离的平方成反比。

力学上,库仑的一篇论文“最大最小原理在某些与建筑有关的静力学问题中的应用”,研究了土的抗剪强度,并提出了土的抗剪强度准则,还对挡土结构上的土压力的确定进行了系统研究。

首次提出了主动土压力和被动土压力的概念及其计算方法(即库仑土压理论),被认为是古典土力学的基础,他因此也称为“土力学之始祖”。

作为一名工程师,库仑曾设计出一种水下作业法。这种作业法类似于现代的沉箱,它是应用在桥梁等水下建筑施工中的一种很重要的方法。

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