库仑定律是由法国物理学家查理·库仑于1785年在实验中总结出来的。它描述了两个相对静止的点电荷之间的相互作用力的规律。是静电场理论的实验基础。要注意，库仑定律只适用于真空中的两个静止点电荷之间的相互作用；在宏观理论中点电荷是一个极限概念；库仑定律只是从现象上描述了两个静止点电荷之间作用力的大小和方向，但并未说明这种作用力的物理本质，于是历史上对静电力就有两种不同的解释。一种观点认为两个电荷之间的相互作用力是直接的趋距作用。即认为一个点电荷把作用力直接施于另—点电荷，不需要通过任何中间的物质媒介，相互作用力的传递速度是无限大的，也就是说力的传递是瞬时的；另一种观点则认为相互作用是通过场来传递的，其传递速度是有限的，称为近距作用观点。这两种观点在静电学范围内是等价的，两者都能给出相同的结果。目前，实验已经证明场的观点是正确的。

根据场的观点：电荷激发电场，电场对电荷有力的作用；电场也是一种物质，具有能量和动量；邻近的电场之间存在相互作用，且可以通过电磁场动量流密度张量计算电场间的应力[1]。例如，通过计算表明：在均匀电场中， 对于法线方向与电场方向垂直的截面而言，截面受到的应力方向与其外法线方向一致，截面两侧电场是相互吸引的，是张力；对于法线方向与电场方向垂直的截面而言，受到的应力方向与截面的外法线方向相反，截面两侧的电场是相互排斥的，是压力。单位截面受到应力的大小等于电场的能量密度，与截面的法线方向无关。容易证明：上述结论也适用于静止点电荷的电场。再如，可以通过计算表明：包围一个静止点电荷的闭合面所受的电场应力等于另一点电荷对该电荷的作用力。需要注意的是，在上面的例子中，虽然电场的动量密度为零，但是动量流密度张量不为零。从电磁场动量密度的定义式可知，只要电场和磁场有一个为零，则动量密度就为零。从电磁场动量流密度的定义式可知，只要电场和磁场有一个不为零，则动量流密度就可能不为零。另一方面，一个截面有两个相反的法线方向，由于动量流密度沿每个法线方向的投影大小相等，方向相反，总和为零。

类似地，根据场的观点：运动的电荷（电流）激发磁场，磁场对运动的电荷（电流）有力的作用；磁场也是一种物质，具有能量和动量；邻近的磁场之间存在相互作用，且可以通过电磁场动量流密度张量计算磁场间的应力。

目前理论与实验都已经表明：电磁场可以脱离电荷和电流而独立存在和运动，它的能量和动量可以通过实验测量，电磁场之间存在相互作用力也可以通过电磁场动量流密度张量计算。

习题：从电磁场的张力计算相距2a的两个点电荷q在等量异号和等量同号两种情形下的相互作用力，

[1] 阚中元主编,　电动力学,　山东教育出版社,　1988.12

刘山亮/2023.08.03