△库仑与电的基本定律 

电子的尺寸是如此之小,1039亿个电子紧密地堆积,才能填满一个乒乓球。那么电子所带电荷是如何被测定的呢?这得归功于库仑的天才。

1736年6月14日,库仑出生在法国南郡昂古莱姆的名门望族。当时,法国的大部分地区已感受到伏尔泰的自由主义理论和卢棱的民主思想的影响。库仑起初学军事,大部分时间在巴黎度过。在那里,他开始对科学和数学感兴趣。为了发挥自己的专长,库仑选择了军事工程师这个职业,开始了他的科学生涯。1776年他定居巴黎,从此,他把全部精力倾注在自己喜爱的这一事业上,直到1789年法国大革命爆发为止——是库仑最富创造力的时期。也是他取得突出成就的一段时期。法国科学院曾悬赏征求船用罗盘的最佳设计方案,为此,库仑撰写了《简单机械的理论》一文。这篇文章一发表就引起了人们的注意,他因此成为科学院成员。在研究这个问题时,他发明了扭秤(约1784年),英国的一位神父米歇尔也发明了扭秤。后来,卡文迪许用扭秤测出了地球的密度。

库仑用扭秤进行了大量研究,并在一系列论文中进行了详细叙述。1789年,在攻打巴士底狱的革命风暴中,库仑决定离开巴黎,到他在布洛瓦附近的一小块领地上去躲一下,因此他辞去了官方、科学院和军队中的所有职务,过起了半隐居的生活,但他并没有中断自己的研究工作。当拿破仑1799年执政时,他重新回到巴黎居住,直到1860年去世。我们知道富兰克林提出了电的单流体理论,还做了风筝实验证明闪电的本质。但所有这些都是定性的认识,人们还缺乏带电体之间相互作用的定量知识。库仑解决了这一问题,他还提出了有关电力和磁力的定律。他的成果使静电学向前迈上发一个新台阶,从而结束了物理学静电学这一分支的第一个重要发展时期。

库仑的电秤

库仑用实验确定了带电物体之间相互排斥的定律。在1784年的那篇获奖论文中,库仑通过实验发明金属丝扭力的定律。他发现,这种扭力和金属丝直径的四分之一次方成正比,和扭转角度成正比,而反比于金属丝的长度。比例常数可以通过实验测定,实验证明它取决于所用金属的性质。库仑所用的电秤,它的构造原理和上面的扭秤是一样的,但测量精度非常高,无论物体所带的电量多么微小,均可用它精确测量出物体所处的状态和所受到的静电力。

库仑定律

带同种电荷的两个小球间的斥力和这两个小球中心之间的距离的平方成反比,这就是有名的库仑定律,即电的基本定律。为了测定这一基本定律,库仑做了如下实验:使一个小导体(其实就是一支大头针,插在用西班牙蜡制成的绝缘棒上)带上电,然后把它伸到电秤的一个孔里,接触另一个球B,B球与A球接触。将小导体离开,这时两球带上相同的等量电荷,互相排斥,A、B离开一段距离,这段距离可以利用装置上的刻度直接算出,然后用一个力将A球驱向B球,同样可计算出该力的大小。研究扭力的大小与两球距离的关系,就可以确定斥力定律。库仑于1784年6月向科学院展示他的成果,他用该秤证明了相距不同距离的平方成精确的反比关系,使人们大开眼界。异种电荷之间的作用是相互吸引,测定异种电荷之间吸引力的关系比较麻烦,但是库仑还是设法解决了困难。经过反复的测量,库仑得出结论,两个带异种电荷的小球之间的吸引力,反比于两球中心间距离的平方。这个结果和斥力定律是一样的。后来库仑还利用实验得出了另一个重要的结论:磁流体间引力或斥力的大小正比于磁流体的密度,而反比于磁流体微小颗粒间距离的开方。从而形成了一个比较完美统一的平方反比定律。库仑由于发现了库仑定律,他的名字还成了电荷的基本单位。