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1909年，美国物理学家罗伯特·密立根做了一个著名的实验，利用油滴准确地测量出电子的带电量。密立根发现，每一颗油滴的带电量都是同一常数的倍数，因此，他推论这个常数必是电子的带电量，后来这个常数被称为基本电荷。质子的电荷与电子的电荷绝对值相同，只不过质子的电荷是正的，电子的电荷是负的。电子电荷以符号e标记，大约带有电荷量1.602× 10-19库仑。 1784~1785年间，法国物理学家库仑利用扭秤对电荷之间的作用力进行了测定，实验过程如下： 在细金属丝下悬挂一根秤杆，它的一端有一小球A，另一端有平衡体P，在A旁还置有另一与它一样大小的固定小球B。为了研究带电体之间的作用力，先使A、B各带一定的电荷，这时秤杆会因A端受力而偏转。转动悬丝上端的悬钮，使小球回到原来位置。这时悬丝的扭力矩等于施于小球A上电力的力矩。如果悬丝的扭力矩与扭转角度之间的关系已事先校准、标定，则由旋钮上指针转过的角度读数和已知的秤杆长度，可以得知在此距离下A、B之间的作用力，并且通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小。[5]  通过扭秤实验，库仑总结出电荷之间的作用规律。1785年，库仑在《电力定律》一论文中指出：真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上，同名电荷相斥，异名电荷相吸， 这就是著名的库仑定律。库仑定律用公式表示为：  其中，Q1、Q2分别代表两个点电荷的带电量，R为两个点电荷之间的距离，K为静电常数。 实验分析，在库伦的扭秤实验中，电荷之间的作用力是通过两个球形带电体来测定的。根据静电场的分布规律，球形物体表面的静电场，其电场方向呈放射状分布，电场强度变化遵循场半径平方反比例规律，随着场半径增大而衰减。因此，实验测得的库仑力与两个球形带电体的距离二次方成反比，这一结论与点电荷的球形电场作用模式相吻合。 参考图示：  换句话说，库仑定律反映的只是球形电场之间作用规律，并不适用于平面物体静电场之间相互作用。 为了验证这一论断，需要改进实验。把实验中的小球A、B换成正方体，让两个正方体的带电面平行相对，再来检测库仑力的大小。A、B两正方体的静电场为平直结构，处于直线联接状态，电场强度并不会因为距离增大而减弱；因此，可以推断，平面物体静电场之间的作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们之间的距离无关。用公式表示为：  参考图示：  上述结论同样适用于以直线方式联结的电场，这也是带电粒子的基本作用规律之一。 带电粒子的电场除了以直线方式联结以外，还存在着环形联结，下面对这种带电粒子之间的作用规律进行推演。 当两个带电粒子的电场以环形方式联接时，正负极相互吸引，图示（1）。两粒子所产生的相互作用，与两个条形磁铁平行排列，且N—S相对应时，所产生的磁力作用模式相同，图示（2）。假如把条形磁铁的Ｎ、S极向中间压缩，最终合为一点，那么，两磁铁的磁力作用线就会转化为球形，图示（3）。上述推演表明，以环形方式联结的电场之间产生的相互作用，与球形电场作用效应相同，适用于库仑定律：两个带电粒子之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。用公式表示为：  参考图示：  需要说明的是，库仑定律所阐述的电荷之间作用，存在着同性电荷相斥、异性电荷相吸两种作用形式。而以环形方式联结的电场，只存在着相互吸引这一种作用形式。当粒子的线性电场平行排列，且方向相同时，两电场不发生作用，不存在相互排斥的情形。 每种粒子都同时携有电场和质量场，当两粒子的电场以环形方式联结时，质量场处在同一平面内，也必然产生作用。质量场属于平面场，场强变化遵循场半径平方反比例规律，随着场半径的增大而衰减；因此，质量场作用规律与库伦定律相类似，表述为：两个粒子质量场之间的作用力，与它们的“质量”乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向与场的径向方向相垂直，同方向旋转的质量场相互吸引，逆方向旋转的质量场相互排斥。用公式表示为：  其中，M1、M2分别代表粒子的微观质量，与产生万有引力的宏观质量不同，微观质量是一种磁场性质的质量，在后面的章节中，将详尽阐述这个问题。R为两粒子间的距离，ƒ不是万有引力常数，是微观质量作用常数。 |
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