電場力

電荷之間的相互作用是通過電場發生的。只要有電荷存在，電荷的周圍就存在著電場，電場的基本性質是它對放入其中的電荷有力的作用，這種力就叫做電場力。

基本介紹

• 中文名：電場力
• 外文名：electric field force
• 提出者：庫侖
• 公式：F=qE
• 遵循法則：平行四邊形法則
• 單位：牛頓（N）

定義

電荷之間的相互作用是通過電場發生的。只要有電荷存在，電荷的周圍就存在著電場。電場的基本性質是它對放入其中的電荷有力的作用，這種力就叫做電場力。電場力是當電荷置於電場中所受到的作用力。或是在電場中為移動自由電荷所施加的作用力。其大小可由庫侖定律得出。當有多個電荷同時作用時，其大小及方向遵循矢量運算規則。

方向

正電荷沿電場線的切線方向，負電荷沿電場線的切線方向的反方向。

計算

電場力的計算公式是F=qE，其中q為點電荷的帶電量，E為場強。或由W=Fd，也可以根據電場力做功與在電場力方向上運動的距離來求。電磁學中另一個重要公式W=qU（其中U為兩點間電勢差），就是由此公式推導得出。

實際套用

由於電場力的作用廣泛，它套用到粒子加速器、航天事業中導航修正、對新物質的加工、改變物質內部粒子的排列等等，在未來可能是工程與技術的主要動力之一。

套用前景

在未來有電場力的存在航空航天事業會得到長足發展，例如利用電場保護層（可以讓飛行器更輕）；以及讓飛行器依賴電場飛行（而取代現有的發動機）；電場在核物質的衰變起作用（讓我們能更好的利用能源）。

相關定律、公式

任何電場中適用的公式：靜電力F_靜=qE。

勻強電場通用公式：E=U/d （註：d指兩極板的距離，U指兩極板電勢差）

還有真空中點電荷適用的公式：F=k(Qq/r²) （註：靜電力常量k=9.0×10⁹N·m²/C²）

萬有引力公式：F=G(Mm/r²) （註：萬有引力常量G=6.67×10^-11N·m²/kg²）

來源發現

1785年，庫侖用自己發明的扭秤建立了靜電學中著名的庫侖定律。同年，他在給法國科學院的《電力定律》的論文中詳細地介紹了他的實驗裝置、測試經過和實驗結果。

證明方法

庫侖的扭秤是由一根懸掛在細長線上的輕棒和在輕棒兩端附著的兩隻平衡球構成的。當球上沒有力作用時，棒取一定的平衡位置。如果兩球中有一個帶電，同時把另一個帶同種電荷的小球放在它附近，則會有電力作用在這個球上，球可以移動，使棒繞著懸掛點轉動，直到懸線的扭力與電的作用力達到平衡時為止。因為懸線很細，很小的力作用在球上就能使棒顯著地偏離其原來位置，轉動的角度與力的大小成正比。庫侖讓這個可移動球和固定的球帶上不同量的電荷，並改變它們之間的距離：

第一次，兩球相距36個刻度，測得銀線的旋轉角度為36度。

第二次，兩球相距18個刻度，測得銀線的旋轉角度為144度。

第三次，兩球相距8.5個刻度，測得銀線的旋轉角度為575.5度。

上述實驗表明，兩個電荷之間的距離為4：2：1時，扭轉角為1：4：16。由於扭轉角的大小與扭力成反比，所以得到：兩電荷間的斥力的大小與距離的平方成反比。庫侖認為第三次的偏差是由漏電所致。

經過了這們巧妙的安排，仔細實驗，反覆的測量，並對實驗結果進行分析，找出誤差產生的原因，進行修正，庫侖終於測定了帶等量同種電荷的小球之間的斥力。

但是對於異種電荷之間的引力，用扭秤來測量就遇到了麻煩。因為金屬絲的扭轉的回覆力矩僅與角度的一次方成比例，這就不能保證扭稱的穩定。經過反覆的思考，庫侖發明了電擺。他利用與單擺相類似的方法測定了異種電荷之間的引力也與它們的距離的平方成反比。

最後庫侖終於找出了在真空中兩個點電荷之間的相互作用力與兩點電荷所帶的電量及它們之間的距離的定量關係，這就是靜電學中的庫侖定律，即兩電荷間的力與兩電荷的乘積成正比，與兩者的距離平方成反比。庫侖定律是電學發展史上的第一個定量規律，它使電學的研究從定性進入定量階段，是電學史中的一塊重要的里程碑。電荷的單位庫侖就是以他的姓氏命名的。

相關人物

庫侖（Charlse-Augustin de Coulomb，1736 --1806），法國工程師、物理學家。1736年6月14日生於法國昂古萊姆。1806年8月23日在巴黎逝世。早年就讀於美西也爾工程學校。離開學校後，進入皇家軍事工程隊當工程師。法國大革命時期，庫侖辭去一切職務，到布盧瓦致力於科學研究。法皇執政統治期間，回到巴黎成為新建的研究院成員。1773年發表有關材料強度的論文，所提出的計算物體上應力和應變分布情況的方法沿用，是結構工程的理論基礎。1777年開始研究靜電和磁力問題。當時法國科學院懸賞徵求改良航海指南針中的磁針問題。庫侖認為磁針支架在軸上，必然會帶來摩擦，提出用細頭髮絲或絲線懸掛磁針。研究中發現線扭轉時的扭力和針轉過的角度成比例關係，從而可利用這種裝置測出靜電力和磁力的大小，這導致他發明扭秤。他還根據絲線或金屬細絲扭轉時扭力和指針轉過的角度成正比，因而確立了彈性扭轉定律。他根據1779年對摩擦力進行分析，提出有關潤滑劑的科學理論，於1881年發現了摩擦力與壓力的關係，表述出摩擦定律、滾動定律和滑動定律。設計出水下作業法，類似現代的沉箱。1785~1789年，用扭秤測量靜電力和磁力，導出著名的庫侖定律。庫侖定律使電磁學的研究從定性進入定量階段，是電磁學史上一塊重要的里程碑。

相關理論

磁學中的庫侖定律也是利用類似的方法得到的。1789年法國大革命爆發，庫侖隱居在自己的領地里，每天全身心地投入到科學研究的工作中去。同年，他的一部重要著作問世，在這部書里，他對有兩種形式的電的認識發展到磁學理論方面，並歸納出類似於兩個點電荷相互作用的兩個磁極相互作用定律。庫侖以自己一系列的著作豐富了電學與磁學研究的計量方法，將牛頓的力學原理擴展到電學與磁學中。庫侖的研究為電磁學的發展、電磁場理論的建立開拓了道路。這是他的扭秤在精密測量儀器及物理學的其它方面也得到了廣泛的套用。

庫侖不僅在力學和電學上都做出了重大的貢獻。做為一名工程師，他在工程方面也作出過重要的貢獻。他曾設計了一種水下作業法。這種作業法類似於現代的沉箱，它是套用在橋樑等水下建築施工中的一種很重要的方法。

判斷電勢高低的方法

電場具有力的性質和能的性質，描述電場的物理量有電勢、電勢能、靜電力、靜電力做功等，為了更好地描述電場，還有電場線、等勢面等概念，可以從多個角度判斷電勢高低。 

1、利用電場線判斷電勢高低．沿電場線的方向電勢越來越低。 

2、在正電荷產生的電場中，離電荷越近電勢越高，在負電荷產生的電場中，離電荷越近，電勢越低。

3、電勢的正負．若以無窮遠處電勢為零，則正點電荷周圍各點電勢為正，負點電荷周圍各點電勢為負。 

4、根據只在靜電力作用下電荷的移動情況來判斷。只在靜電力作用下，電荷由靜止開始移動，正電荷總是由電勢高的點移向電勢低的點；負電荷總是由電勢低的點移向電勢高的點。但它們都是由電勢能高的點移向電勢能低的點。