
【化】 Coulombic energy
coulomb
【医】 coulomb; weber
ability; able; be able to; can; capable; energy; skill
【化】 energy
【医】 energy
库仑能(Coulomb energy)是电磁学与量子力学中的基础概念,指电荷系统因库仑力相互作用而具有的电势能。其物理意义可通过以下三方面阐释:
经典电磁学定义
根据库仑定律,两个点电荷q₁和q₂之间的电势能可表示为:
$$
U = k_e frac{q_1 q_2}{r}
$$
其中k_e为库仑常数(≈8.988×10⁹ N·m²/C²),r为电荷间距。该公式描述了静电场中电荷相互吸引或排斥的能量储存形式。
量子体系扩展
在量子化学和凝聚态物理中,库仑能涵盖电子-电子、电子-原子核之间的静电势能总和,常出现在薛定谔方程的多体哈密顿量中。例如,在半导体材料中,电子间库仑排斥能是能带结构计算的核心参数。
应用领域
权威参考文献:
库仑能是描述带电粒子间因库仑力相互作用而产生的电势能,其核心概念和物理意义可通过以下方面综合解释:
库仑能指两个点电荷因静电相互作用而具有的势能,其计算公式为: $$ U = k frac{q_1 q_2}{r} $$ 其中:
公式中的正负号取决于电荷性质:同性电荷时$U > 0$(需外力做功克服斥力),异性电荷时$U < 0$(系统自发释放能量)。
能量关系
库仑能反映了将电荷从无穷远处移动到当前位置所需(或释放)的能量。根据推导,该能量等于克服库仑力所做的功,通过积分$W = int_{infty}^r F , dr$得到。
与库仑定律的联系
库仑定律$F = k frac{q_1 q_2}{r}$描述力的瞬时作用,而库仑能描述整个位移过程的能量累积效应。
库仑能的国际单位为焦耳(J),但电荷量单位库仑(C)来源于物理学家库仑的贡献,定义为1安培电流在1秒内传输的电荷量($1 , text{C} = 1 , text{A} cdot text{s}$)。
如需进一步了解库仑能在股票分析中的类比应用(非物理领域),可参考中的扩展解释。
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