庫侖定律計算器

- 2025年04月03日
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庫侖定律描述了兩個帶電粒子之間的靜電力。這一靜電學的基本原則指出，力與電荷的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比。

此計算器允許您使用庫侖定律來確定帶電粒子之間的靜電力、電場和潛在能量。

您想計算什麼？

C
? 第一個電荷的大小，以庫侖（C）為單位。例如，電子的電荷為 -1.602 × 10⁻¹⁹ C。
C
? 第二個電荷的大小，以庫侖（C）為單位。
? 兩個電荷中心之間的距離。

顯示選項

? 包括電荷之間介電質的影響。這將減少靜電力，減少的倍數為介電常數。

關於庫侖定律

庫侖定律由法國物理學家查爾斯-奧古斯丁·德·庫侖於1785年提出，描述了兩個帶電粒子之間的靜電力。這是靜電學中的基本原則。

數學表達式：

庫侖定律的數學表達式為：

F = k × (|q₁ × q₂|) / r²

其中：

  • F 是電荷之間的靜電力（以牛頓 N 為單位）
  • k 是庫侖常數（8.9875 × 10⁹ N·m²/C²）
  • q₁ 和 q₂ 是電荷的大小（以庫侖 C 為單位）
  • r 是電荷中心之間的距離（以米 m 為單位）
相關電場方程：

距離點電荷 q 的電場在距離 r 處的表達式為：

E = k × |q| / r²

距離點電荷 q 的電位在距離 r 處的表達式為：

V = k × q / r

兩個點電荷 q₁ 和 q₂ 之間距離 r 的電位能表達式為：

U = k × q₁ × q₂ / r
介電介質的影響：

當電荷處於真空以外的介質中時，靜電力會減少，減少的倍數等於介質的介電常數 (ε)：

F = k × (|q₁ × q₂|) / (ε × r²)

介電常數是衡量介質“儲存”電場能量的能力。介電常數越高，介質對電場的削弱越大。

介質 介電常數 (ε)
真空 1.0 (精確)
空氣（在標準條件下） 1.00059
水 80
玻璃 5-10
塑料 2-4
紙 3.7
油 2.4
主要應用：
  • 原子和分子結構：庫侖定律解釋了電子與原子核之間的吸引力。
  • 電氣工程：用於設計電容器、絕緣體和其他電氣元件。
  • 化學鍵：離子鍵和分子中的靜電相互作用由庫侖定律描述。
  • 靜電沉降器：用於通過施加電荷來去除氣流中的顆粒。
  • 閃電：雲中電荷的積累和釋放可以用庫侖定律解釋。
  • 生物過程：許多生物過程涉及帶電分子之間的靜電相互作用。

什麼是庫侖定律計算器？

庫侖定律計算器是一個工具，旨在幫助用戶計算帶電粒子之間的靜電力、電場、電勢和勢能。基於庫侖定律，該工具簡化了物理學、電機工程和化學中基本的計算。

庫侖定律公式

庫侖定律的數學表達式為：

F = k × (|q₁ × q₂|) / r²

其中：

  • F 是靜電力（單位：牛頓，N）。
  • k 是庫侖常數（8.9875 × 10⁹ N·m²/C²）。
  • q₁ 和 q₂ 是電荷的大小（單位：庫侖，C）。
  • r 是兩個電荷中心之間的距離（單位：米，m）。

如何使用計算器

該計算器允許用戶基於庫侖定律計算四種不同的值：

  • 靜電力 – 確定兩個電荷之間的力。
  • 電場 – 計算某一點的場強。
  • 電勢 – 計算某一距離的電勢。
  • 勢能 – 評估電荷之間的儲存能量。

使用計算器的步驟

  1. 選擇您想要計算的項目（力、場、電勢或能量）。
  2. 輸入所需的值，例如電荷大小和距離。
  3. 選擇距離的單位（米、厘米等）。
  4. 調整顯示偏好（小數位數、科學記數法等）。
  5. 點擊「計算」以查看結果。

為什麼使用這個計算器？

該工具對於需要快速且準確進行靜電計算的學生、工程師和專業人士非常有用。它有助於：

  • 理解物理學中的基本靜電相互作用。
  • 解決化學中與帶電粒子相關的問題。
  • 分析電路和材料中的電力。

常見問題

庫侖定律的用途是什麼？

庫侖定律用於計算帶電粒子之間的力。它有助於理解各種科學和工程應用中的電相互作用。

這個計算器可以處理不同的單位嗎？

是的，您可以選擇不同的距離單位（米、厘米、毫米等）以滿足您的需求。

計算器是否考慮電荷之間的介質？

是的，計算器提供了一個選項，可以包括介電常數，這考慮了介質對靜電力的影響。

如果我輸入負電荷會怎樣？

負值表示帶負電的粒子，例如電子。計算器會根據電荷的符號自動確定力是吸引還是排斥。

結論

庫侖定律計算器是一個功能強大且易於使用的工具，用於計算靜電特性。無論您是在學習物理、處理工程問題，還是分析電力，該工具都能快速提供準確的結果。