本,过来回答。库仑定律对点电荷来说确实成立。并且在具体应用中,确实考虑了点电荷。
但是,马上有几个问题。
第一,库仑定律是一个实验定律。即使以现在的技术,也不可能实现定律中所说的“点”。你知道,一个点没有体积。但人们还是有办法的,比如球体或球体上均匀分布的电荷,与球体中心的等效电荷有着相同的作用。
第二,更重要的是,任何实验定律都不能给出正确的结果,只能得到近似的结果。比如为什么库仑定律只是平方反比定律,而不是1.9999的反比定律......为了权力?你可能会说,这个数字显然是相似的。问题是,科学是关于正确性的。所以库伦先生当年的结果只能说是几乎或者可能是平方反比。但是,如果被告知这样的结果,你肯定不满意?
人还是有办法的。可以事先陈述一个或几个被大家接受的假设,然后得到准确的理论结果。这样的理论结果也能很好地解释现实世界。这个过程就是从数学家那里学到的“公理化”。在电磁学中,公理化的假设是散度和旋度。其实都是后知后觉。因为麦克斯韦方程,今天电磁学的基础,就是利用散度和旋度。有能力的人应该读读D.K.Cheng,也就是郑钧先生的书。他就是这么处理的。库仑定律只是静电场特例下麦克斯韦方程组的一个方面。所以也许这叫做库仑定理。
再次,库仑定律应用于电场力或电场强度的计算时,必须结合“场的叠加原理”。为了说明这一点,考虑几项指控。
三个或者有限的电荷,你只要考虑每一个,然后根据叠加原理求和就可以了。
当有可数无穷个点电荷时,和就成了无穷级数。
当无穷多个点电荷时,和就成了积分:线积分,面积积分,体积积分,根据具体情况都有可能。这就是为什么电磁学非常依赖微积分,当然这也是麦克斯韦伟大的原因。只有定量计算才是科学。
值得注意的是,和光子一样,电荷也有最小的单位。因此,电荷分布必须是离散的。也许这就是为什么会有量子电动力学这样的理论的一个原因。
第四,库仑定律在具体问题场合不一定好。本科阶段,也许高斯定理是最好的(我觉得这是教材编写者有意为之)。
库仑定律是电磁学(教学中)的起点,要重视。
本给百合花镀金,问道:你完全理解库仑定律中的每一个符号吗?比如介电常数是什么意思?考虑它的单位!!!!!理解物理方程本身比做几道题重要得多。
原创,纯手游。希望有用。
我是蔬菜鸡。叫我雷锋吧。