静电力常量是一个无误差常数,既不是库仑通过扭秤测出来的,也不是后人通过库仑扭秤测出来的,而是通过麦克斯韦的相关理论算出来的。详情可以参看2015年3月《物理通报》段书林论文《静电力常量的来龙去脉》。
库仑扭秤由悬丝、横杆、两个带电金属小球,一个平衡小球,一个递电小球、旋钮和电磁阻尼部分等组成。两个带电金属小球中,一个固定在绝缘竖直支杆上,另一个固定在水平绝缘横杆的一端,横杆的另一端固定一个平衡小球。横杆的中心用悬丝吊起,和顶部的旋钮相连,转动旋钮,可以扭转悬丝带动绝缘横杆转动,停在某一适当的位置。
横杆上的金属小球(称为动球)和竖直支杆上的固定小球都在以O为圆心,半杆长L为半径的圆周上,动球相对于固定小球的位置,可通过扭秤外壳上的刻线标出的圆心角来读出。当两个金属小球带电时,横杆在动球受到的库仑力力矩作用下旋转,悬丝发生扭转形变,悬丝的扭转力矩和库仑力力矩相平衡时,横杆处于静止状态。
仪器的中心轴上装有一个永磁体托架,旋开其上紧固螺钉,可使托架升降,以改变永磁体和横杆上的阻尼金属板的距离,调整横杆转动的电磁阻尼时间。
整个仪器都装在有机玻璃罩内,既有较高的透明度,又可防灰尘。有机玻璃罩的下半部做成可开合的门,以便清洁绝缘横杆和竖立支杆,调整绝缘横杆的水平,使金属小球带电等。仪器的底座上装有三个螺旋支脚,旋转支脚,可调底座水平。
库伦定律
在真空中两个静止点电荷间的作用力跟它们的电荷的乘积成正比,跟它们距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上。
F静电=k*q1*q2/r^2
电容中也是这个值。
精确值:
Ke=8.9880×10^9牛顿·米^2/库仑^2
库仑定律F=k*q1*q2*r^-2中静电力常量k=8.988*10^9=c^2*10^-7(c是光速,这个等式是精确的,不是≈)
静电力常量和光速是怎么联系起来的?
因为库仑定律中的k是1/(4*π*ε0),其中ε0是真空介电常数。而根据麦克斯韦方程组可以得出光速c、真空介电常数ε0和真空磁导率μ0的关系是ε0*μ0=1/c^2,而μ0=4π*10^-7,所以有以上的k的数值。
可能你还会问为什么μ0=4π*10^-7,其实这个是隐含在安培这个国际单位的定义中的。在国际单位制中,1安培是这样定义的:如果在真空中相距一米两根平行的无限长直导线(直径忽略不计)通有方向相反强度相同的电流,而它们每米相互的吸引力是2×10^-7牛顿的话,那么定义这个电流强度的大小为1安培。然后根据洛仑兹力的公式容易得到μ0的准确数字,也就是μ0=4π*10^-7。
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