静电力常量的单位为什么静电力常量是N*m^2/C^2呢?是这个单位背后的含义

静电力常量的单位
为什么静电力常量是N*m^2/C^2呢?
是这个单位背后的含义

对于并不相互接触的两个物体或电荷,它们之间能产生相互作用力,当初人们很难理解.后来,法拉第把场和力线的观念引入物理学,使人们对力的媒递作用有了新的认识.法拉第认为,电磁力从电荷或磁极出发的传播,类似水面波纹的振动或空气粒子的声振动.当时,人们还不知道电磁波的存在,法拉第具有如此深邃的洞察力实属难得.现在人们都确信电荷对电荷的作用,是通过电场来传递的,或者说是通过电磁波这种媒介来传递的.不论是场还是电磁波,从本质上讲都是一种信息
18世纪末,人们开始对电荷之间的作用力发生了兴趣,许多知名的学者都参与到了这一研究之中.1796年,苏格兰人罗宾森设计了一种精巧的装置,测量了电力与距离的关系,初步证明了平方反比定律,但他没有发表其结果.1777年,英国物理学家卡文迪许(H.Cavendish,1731-1810)在向英国皇家学会提出的报告中说,电荷的吸引力和排斥力很可能反比于电荷间的距离的平方.如果是这样的话,那么物体中多余的电荷几乎全部堆积在紧靠物体表面的地方,而且这些电荷紧紧地压在一起,物体的其余部分则处于中性状态.卡文迪许等人的研究揭示了电力与距离的平方反比关系,为法国工程师库仑作进一步的研究和发现奠定了基础.
在库仑所处的时代,电量还没有单位制,对于力与电量的关系,还很难进行直接的定量证明.为了克服这一困难,库仑(Charles-Augustin Coulomb,1736-1806)发明了一种能测量很弱的力的非常灵敏的分析仪器——库仑扭秤,并巧妙地通过让带电小球和另一个与之完全相同但不带电的小球相接触的办法,获得了原电量为1/2、1/4.的电量,从而揭示了电力与电量乘积成正比的关系,终于使电力相互作用的规律——库仑定律大白于天下.
库仑定律现在的一般表述是：在真空中,两个电荷之间的相互作用力的大小,与它们所带电量的乘积成正比,与它们的距离的平方成反比.
如果用q1、q2分别表示两个点电荷所带的电量,用r表示它们之间的距离,那么库仑定律就可以用下列式子表示：
F=Kq1q2/r2
这里K为比例常数,其值为8.9880×109N·m2·C-2.
如果在两个点电荷之间加入介质,那么上述库仑定律就变成下述表达形式：
F=q1q2/4πεr2（这里ε为介电常数）.
假如在电荷q周围有n个电荷,它们所带的电量分别为q1、q2、...qi...qn,它们与电荷q之间的距离分别为r1、r2、...ri...rn,那么根据前面对万有引力定律的改造办法,同理可以得到：
F=q∑（qi/εi4πri2） .③
其中εi是电荷qi所在介质的介电常数.式③的含义是：电量为q的电荷所受环境电荷的作用力（引力或者斥力）与环境中电荷电量的密度成正比,与环境的介电常数成反比.
从万有引力定律和库仑定律可以看出,它们有着完全相同的表达形式[4].这暗示了电磁力与万有引力之间存在着内在的一致性,为人们进一步地揭示自然力之间的内在联系提供了重要线索.事实上,库仑在发现该定律时,正是受到了牛顿万有引力定律的启发.不过,万有引力定律和库仑定律还是有些不同.在万有引力定律中,引力常数G是一个不变量,而在库仑定律中,介电常数是一个可变量.不同的介质,此常数ε也不同.ε=ε0·εr,ε0为真空的介电系数,其值为8.8538×10-12C2·N-1·m-2,εr为电介质的相对介电系数.如果规定真空中的介电系数为1,那么空气、硬橡胶和纯水的介电常数就分别为1.000585、4.3和81.5.当然,目前也有人说G是一个变量,认为不同的材料G也可能不同,但是这有待进一步地研究.
对于并不相互接触的两个物体或电荷,它们之间能产生相互作用力,当初人们很难理解.后来,法拉第把场和力线的观念引入物理学,使人们对力的媒递作用有了新的认识.法拉第认为,电磁力从电荷或磁极出发的传播,类似水面波纹的振动或空气粒子的声振动.当时,人们还不知道电磁波的存在,法拉第具有如此深邃的洞察力实属难得.现在人们都确信电荷对电荷的作用,是通过电场来传递的,或者说是通过电磁波这种媒介来传递的.不论是场还是电磁波,从本质上讲都是一种信息.自然,电荷之间传递的电磁波越多,相互作用力就越大.
假如我们在两个电荷之间加入某一种介质,那么介质就会妨碍电荷之间相互交换电磁波,使电荷之间的作用力减小.因此,介电常数实际反映的是电荷电场信息被阻隔的程度.介电常数愈小,说明信息被阻隔的程度愈弱,电荷同周围电荷的作用力就愈强；介电常数越大,说明信息被阻隔的程度越强,电荷同周围电荷的作用力就越弱.例如,在真空中,电场信息被阻隔的程度最小,电荷对电荷的吸引力或者斥力最强；如果在两个电荷之间加入一种介质（如空气、塑料等）,则电荷的电场信息会被阻隔一部分,电荷之间的作用力就相应地减弱；如果在两个电荷之间加入一介电常数为无穷大的绝缘体,则电场信息会被完全隔断,两个电荷之间的作用力（吸引力或者斥力）就为零.
由此可见,电场或者电磁波其实就是一种信息.电场的强弱实际上就是信息量的多少的反映.介电常数对电场信息的阻隔,如同隔音板对声音的阻隔一样.所以,我们也可以说：在任意介质中,两个电荷之间的相互作用力的大小,与它们电荷的乘积成正比,与它们的距离的平方和两电荷电场信息被阻隔的程度成反比.