物理精讀：庫倫定律

在電學的世界裡，電荷之間的相互作用充滿了奇妙與奧秘。庫倫定律（Coulomb’s Law）描述了兩個帶電物體之間的力，這種力可以是吸引力，也可以是排斥力。今天，我們不僅要了解這條定律，還會聊聊如何透過日常生活的趣味實驗感受靜電的力量！

庫倫定律的基礎概念

庫倫定律指出：兩個帶電粒子之間的力與它們的電荷量成正比，與它們之間的距離平方成反比。公式如下：

其中：

• F 是兩個電荷之間的力（單位：牛頓 N）。
• k 是庫倫常數（在真空中約等於 8.99 × 10^9 Nm²/C²）。
• q1 和 q2 是兩個物體的電荷量（單位：庫倫 C）。
• r 是兩個電荷之間的距離（單位：米 m）。

簡單來說，帶同種電荷的粒子相互排斥，帶異種電荷的粒子相互吸引。

靜電實驗：金屬球與靜電力量

現在，讓我們進行一個實驗，親身感受靜電的神奇。

實驗：巨型金屬球與靜電

1. 準備工具：
   一個靜電產生器（如范德格拉夫起電機）、一個大金屬球和一個導電基座。

2. 實驗過程：

   • 讓一位參與者站在絕緣體上，手放在旋轉的金屬球上。
   • 當靜電產生器運作時，金屬球會逐漸累積大量正電荷，並將電荷轉移到參與者的身上。
   • 由於參與者全身帶同一種電荷，身體內的毛髮會相互排斥並豎起！
   • 接著，讓參與者輕輕碰觸站在地上的人——啪！你會聽到靜電釋放的聲音，並感受到一股輕微的觸電。

3. 原理解析：

   • 當金屬球給予參與者電子或帶正電荷時，會使其成為帶電體。
   • 當與另一個接地的人接觸時，電荷流動，釋放靜電。

氣球與庫倫定律：吸引與排斥

靜電的奇妙之處，不僅在實驗室中可以體驗，生活中也隨處可見。例如，用氣球輕鬆複製庫倫定律的現象。

1. 氣球吸頭髮：

   • 用毛巾或毛衣快速摩擦氣球，使其帶負電荷。
   • 靠近頭髮時，頭髮因帶有正電荷而被氣球吸引，乖乖地黏在氣球上。

2. 兩個氣球的排斥力：

   • 將兩個氣球摩擦後分別懸掛在細線上。
   • 當兩個氣球靠近時，它們會相互排斥，像是兩個不願靠近的磁鐵。

庫倫定律的解釋

在上述情境中，氣球和頭髮帶有相反電荷，因此相吸。而兩個氣球則帶同樣的電荷，因此相互排斥。這完全符合庫倫定律的描述：電荷相吸或相斥的力取決於電荷量和距離。

庫倫定律在生活中的應用

1. 靜電除塵器：
   利用靜電吸引塵埃，清潔空氣。

2. 靜電塑料回收：
   工廠中，靜電技術可將不同材質的塑料分離。

3. 防靜電產品：
   防靜電手環、地墊等可幫助消除靜電帶來的不便。

總結

庫倫定律讓我們了解了電荷之間的吸引與排斥關係，而透過簡單的靜電實驗，我們能夠將理論變得生動有趣。不妨找個機會，試著用氣球與朋友玩一場「庫倫定律的遊戲」吧！記住，保持安全，盡情享受物理的魅力！