
【化】 Coulombic energy
coulomb
【醫】 coulomb; weber
ability; able; be able to; can; capable; energy; skill
【化】 energy
【醫】 energy
庫侖能(Coulomb energy)是電磁學與量子力學中的基礎概念,指電荷系統因庫侖力相互作用而具有的電勢能。其物理意義可通過以下三方面闡釋:
經典電磁學定義
根據庫侖定律,兩個點電荷q₁和q₂之間的電勢能可表示為:
$$
U = k_e frac{q_1 q_2}{r}
$$
其中k_e為庫侖常數(≈8.988×10⁹ N·m²/C²),r為電荷間距。該公式描述了靜電場中電荷相互吸引或排斥的能量儲存形式。
量子體系擴展
在量子化學和凝聚态物理中,庫侖能涵蓋電子-電子、電子-原子核之間的靜電勢能總和,常出現在薛定谔方程的多體哈密頓量中。例如,在半導體材料中,電子間庫侖排斥能是能帶結構計算的核心參數。
應用領域
權威參考文獻:
庫侖能是描述帶電粒子間因庫侖力相互作用而産生的電勢能,其核心概念和物理意義可通過以下方面綜合解釋:
庫侖能指兩個點電荷因靜電相互作用而具有的勢能,其計算公式為: $$ U = k frac{q_1 q_2}{r} $$ 其中:
公式中的正負號取決于電荷性質:同性電荷時$U > 0$(需外力做功克服斥力),異性電荷時$U < 0$(系統自發釋放能量)。
能量關系
庫侖能反映了将電荷從無窮遠處移動到當前位置所需(或釋放)的能量。根據推導,該能量等于克服庫侖力所做的功,通過積分$W = int_{infty}^r F , dr$得到。
與庫侖定律的聯繫
庫侖定律$F = k frac{q_1 q_2}{r}$描述力的瞬時作用,而庫侖能描述整個位移過程的能量累積效應。
庫侖能的國際單位為焦耳(J),但電荷量單位庫侖(C)來源于物理學家庫侖的貢獻,定義為1安培電流在1秒内傳輸的電荷量($1 , text{C} = 1 , text{A} cdot text{s}$)。
如需進一步了解庫侖能在股票分析中的類比應用(非物理領域),可參考中的擴展解釋。
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