Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
КУЛОНА ЗАКОН

КУЛОНА ЗАКОН

КУЛОНА ЗАКОН - один из осн. законов электростатики, определяющий величину и направление силы взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами. Экспериментально с достаточной точностью впервые доказан около 1773 Г. Кавендишем (Н. Cavendish), использовавшим метод сферич. конденсатора: отсутствие поля внутри заряж. сферы доказывает, что сила эл.-статич. взаимодействия меняется обратно пропорционально квадрату расстояния; однако результаты Кавендиша не были опубликованы. В 1785 закон был установлен Ш. О. Кулоном (Ch. A. Coulomb) с помощью спец. крутильных весов. Согласно К. з., два точечных заряда взаимодействуют друг с другом в вакууме с силой, пропорциональной произведению величин зарядов e₁ и е₂ и обратно пропорциональной квадрату расстояния г между ними: F=ke₁e₂/r², где k - коэф. пропорциональности, зависящий от выбора единиц измерений. В Гаусса системе единиц k=1, в СИ k- электрическая постоянная. Сила взаимодействия направлена по прямой, соединяющей заряды, причём одноимённые заряды отталкиваются, а разноимённые притягиваются. Силы, определяемые К. з., подчиняются принципу суперпозиции. В однородном диэлектрике сила взаимодействия между точечными зарядами уменьшается в раз: где - диэлектрич. проницаемость. К. з. является одним из эксперим. оснований клас-сич. электродинамики. Его обобщение приводит к Гаусса теореме (интегр. форма К. з.) и её дифференц. аналогу - одному из ур-ний Максвелла: где D - вектор электрич. индукции, - плотность заряда. Для макроскопич. расстояний с помощью экспериментов в земных условиях, проведённых по методу Кавендиша, доказано (1971), что показатель степени для г в К. з. не может отличаться от -2 более чем на 6 *10^-16, Из опытов по рассеянию частиц следует, что К. з. не нарушается вплоть до расстояний 10 ^-12 см. Впрочем, для описания взаимодействия заряж. частиц на таких расстояниях понятия, с помощью к-рых формулируется К. з., в частности понятия силы и положения частицы, вообще говоря, неприменимы. В этой области пространственных масштабов действуют законы квантовой физики. К. з. можно считать одним из предельных следствий квантовой электродинамики (КЭД), в рамках к-рой взаимодействие заряж. частиц обусловлено обменом фотонами. Вследствие этого эксперименты по проверке выводов КЭД можно рассматривать как опыты по проверке К. з. Так, опыты по аннигиляции электронов и позитронов показали, что отклонений от законов КЭД не наблюдается вплоть до расстояний ~10^-16 см. С др. стороны, макроскопич. опыты по уточнению К. з. служат для проверки постулатов КЭД: оценка макс. отклонения показателя степени для г в К. з. от -2 позволяет определить верх. предел возможной массы покоя фотона В частности, поправка соответствует кг.

К. з. наз. также закон, определяющий силу взаимодействия двух магн. полюсов: где m₁ и m₂ - т. н. магн. заряды, - магн. проницаемость среды, f - коэф. пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц и в общем случае не равный k. Установлен Ш. О. Кулоном практически одновременно с законом взаимодействия электрич. зарядов. Этот закон, однако, не имеет столь общего характера, как закон для электрич. сил, вследствие искусственности представления о точечных магн. полюсах.

Лит.: Тамм И. Е., Основы теории электричества, 9 изд., М., 1976, гл. 1; Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Теория поля, 7 изд., М., 1988, гл. 5; Сивухин Д. В., Общий курс физики, 2 изд., т. 3 - Электричество, М., 1983.

С. Р. Филонович,