關於點電荷間相互作用的定律,是靜電學的理論基礎,也是電磁學的基本定律之一,於1785年為法國物理學傢C.A.de庫侖發現。庫侖定律的內容是:相對於慣性參照系處在靜止狀態的兩個點電荷(相互之間距離遠大於其本身線度的帶電體)在空氣中(嚴格講在無限真空中)的相互作用力的大小同每一個點電荷的電荷量成正比,同兩點電荷間的距離的二次方成反比;作用力的方向沿著這兩點電荷的連線;當這兩點電荷帶同號電荷時,它們之間的作用力是排斥力;帶異號電荷時,它們之間的作用力是吸引力。<
設q1和q2分別為兩點電荷的電量,r是由q1指向q2的矢量,其量值等於q1和q2之間的距離(圖1),則q1作用於q2的靜電力f1→2為
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在SI單位制中,
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靜電相互作用力服從牛頓第三定律q2作用於q1的力f2→1和f1→2大小相等,方向相反且沿同一直線。
庫侖扭秤實驗 庫侖定律是庫侖通過扭秤實驗總結出來的,庫侖扭秤的示意圖如圖2。在細金屬絲的下端懸掛一根秤桿,它的一端有一個小球A,另一端有一平衡體P,在A旁放置一個同它一樣大小的固定小球B。為瞭研究帶電體間的作用力,先使A和B都帶一定電荷,這時秤因A端受力而偏轉。扭轉懸絲上端的旋鈕,使小球A回到原來的位置,平衡時懸絲的扭力矩等於電力施在 A上的力矩。如果懸絲的扭轉力矩同扭角間的關系已知,並測得秤桿的長度,就可以求出在此距離下AB之間的作用力。
庫侖扭秤實驗在電學發展史上有著重要的地位,它是人們對電現象的研究從定性階段進入定量階段的轉折點。
庫侖定律的精確驗證 庫侖原始實驗的精度並不高,但是從庫侖定律可以導出高斯定理,把高斯定理應用於處在靜電平衡的導體,將得出導體內部沒有凈電荷的結論。因此,測定導體內部是否有凈電荷就可以間接檢驗庫侖定律的正確性。早在1773年,即庫侖定律發表前12年,H.卡文迪什就用這類實驗對二次方反比律進行瞭研究。他的實驗結果表明,若靜電力對距離的依賴關系是
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物理實驗和地球物理實驗結果表明,兩點電荷之間距離的數量級在10-15~109厘米的范圍內,庫侖定律是極其精確的。
任意形狀帶電體間的作用力 把兩個任意形狀的帶電體分成許多電荷元,利用疊加原理,則任意形狀的帶電體之間的作用力可以通過庫侖定律求得。不過因電荷在帶電體上的分佈往往不是已知的,所以靜電力一般難以通過庫侖定律直接計算。