江苏龙网

  1. 主页 > 生活百科 > >

库仑定律所有公式 库伦定理？

库仑定理？(库仑定律的所有公式)
:陈1 2 3 4 。
(中国人民大学附属中学1所)
(2北京教育科学研究院)
(3北京交通大学理学院)
(4中国科学院物理研究所)
本文选自《物理》2021年第8期 。
物理学的概念和规律之间存在横向联系，既能简化新概念和新规律的构建过程，又能深化原有的认知，体现物理系统的一般性和系统性 。将未知的研究对象与熟悉的概念资源网络规则联系起来，也是我们解决问题、整合系统、创新理解的重要途径 。
01
序
物理现象丰富多彩 。在理解它们的过程中，人们建立了大量的物理概念，发现了许多物理规律 。这些物理概念和规律千姿百态，纵横交错，看起来真是眼花缭乱 。然而，物理学家在研究过程中遵循了同样的原则、范式和方法 。因此，随着对它们认识的深入，它们的概念和规律逐渐出现在电、磁、起源、力、热、光、声等分支中，统一在流体、波、场等几个基本物理意象之下 。
懂得物理学不同分支之间横向联系的人，在面对不同的概念和规律时，可以发展自己的迁移能力，起到加深认知、构建新知识的作用 。正如卢瑟福所说，“物理学”不是“集邮” 。对于研究者和应用来说，也是突破桎梏、开拓创新的源泉 。
02
流体图像下的力和电 。
电磁学通常困扰很多人，因为它很抽象 。但实际上，它的物理图像和相应的物理概念与直观的力学现象有很多共同之处 。如果电流使电路中的灯泡发光，电线发热，就像水流可以冲击水流中的水轮机使其转动一样；水从高水位的地方流向低水位的地方，而电流从高电位的地方流向低电位的地方，背后是同样的流体图像，高、低水位和高、低电压背后是同样的势能概念 。
受法拉第的启发，麦克斯韦于1855年发表了《论法拉第力线》，将法拉第力线扩展为一个充满不可压缩流体的“力管” 。力管的方向代表力场(电场或磁场)的方向 。力管的横截面积与力管中的流体速度成反比，这可以与电场或磁场进行比较 。不可压缩流体的任何部分的体积都不会随时间变化，这是一种假想的理想流体 。麦克斯韦进一步假设流体流动是稳定的，流动的方向和速度在任何位置都不随时间变化，流体中的任何元素都会随着流动画出一条曲线，这就是所谓的“流线” 。法拉第力线被比作流线，因此利用流体力学的一些数学框架，导出了一系列初步形成的电磁理论 。法拉第的思想为电磁场描绘了一幅生动的图像，是对“场”概念的重大发展，为麦克斯韦数学地建立电磁场理论奠定了基础 。这里的“场”虽然不是现代物理学意义上的“场”，但它打破了物理学中“距离作用”的地位，使人们对场的认识朝着资源网络的客观现实迈出了至关重要的一步 。后来，唐穆孙在评论法拉第的成就时说:“在法拉第的众多贡献中，最伟大的是力线的概念 。我认为电场和磁场的许多性质可以用最简单和最有启发性的方式来表达 。”
流体流量q是单位时间内流经管道横截面的液体体积 。同样，电流I是单位时间内流经横截面的电荷量 。如图1所示，当理想流体通过封闭的管道时，各处的流速都是相同的 。如果管道的厚度不同，流速v与横截面积s成反比 。将流体与电流进行比较，流速v和场强e之间有直观的对应关系

图1流体和电流 。
在三维空空间中，假设在参考系的原点有一个流体“源”，单位时间内流出的流体体积为q，距离这个流体源径向距离r处的速度为 。

。假设有一个流体“汇”，距离这个流体汇径向距离r的速度是 。

。这种流体系统遵循矢量叠加原理，因此流速v与点电荷场强e之间存在对应关系 。如图2所示，带正电的电荷的电场线将从原点开始到无穷大，穿过每个闭合曲面的电场线的数量是恒定的，即通量是恒定的 。这是电通量的概念，类似于流量 。通过进一步联系我们熟悉的磁通量，扩展不熟悉的引力场的资源网络，我们可以对物理学中的不变量有更深刻的理解 。

图2点电荷位于不同的封闭球体中 。
1686年，牛顿提出了著名的万有引力定律:

。根据这个定律，密度均匀分布的球壳对其内部粒子的吸引力为零 。后来，物理学家富兰克林发现，放置在绝缘架上的带电金属圆筒内表面没有电荷，圆筒内用丝线悬挂的带电球不会受到静电力的影响 。Priestley重复了富兰克林的实验，他猜想可以从这个奇怪的现象中得到点电荷静电力的“平方反比” 。最后，库仑结合实验，得到了类似于万有引力定律的库仑定律:


推荐阅读


上一篇：冬雷震震夏雨雪全文什么意思 冬雷阵阵

下一篇：化油器的结构及工作原理 化油器工作原理