一 靜電力學的奠基人--庫侖,C.A.de

庫倫,十八世紀最偉大的物理學家之一,十八世紀歐洲偉大的工程師之一。他的最大貢獻是在研究靜電力和靜磁力方麵的成就。

庫侖在1736年6月14日生於法國昂古萊姆。庫侖家裏很有錢,在青少年時期,他就受到了良好的教育。他後來到巴黎軍事工程學院學習,離開學校後,他進入西印度馬提尼克皇家工程公司工作。工作了八年以後,他又在埃克斯島瑟堡等地服役。這時庫侖就已開始從事科學研究工作,他把主要精力放在研究工程力學和靜力學問題上。

頭發絲的妙用

1773年法國科學院懸獎征求改進船用指南針的方案,庫侖就在此時開始轉而研究靜電力和靜磁力。他注意到以往把磁針軸托在細小支點上不免要受到摩擦力的影響,就改用頭發絲或蠶絲把它懸掛起來以消除摩擦所引起的誤差。這一改進使他獲得了1777年法國科學院的獎金。他同時還測得作用在細絲上的扭力與磁針偏轉的角度成正比,從而能計算磁力的大小。這就使他提出了一種可以精確測量微小力的扭秤。由於成功地設計了新的指南針結構以及在研究普通機械理論方麵作出的貢獻,1782年,他當選為法國科學院院士。為了保持較好的科學實驗條件,他仍在軍隊中服務,但他的名字在科學界已為人所共知。

庫侖定律

庫侖在1785年到1789年之間,通過精密的實驗對電荷間的作用力作了一係列的研究,連續在皇家科學院備忘錄中發表了很多相關的文章。1785年,庫侖用自己發明的扭秤建立了靜電學中著名的庫侖定律。即兩電荷間的力與兩電荷的乘積成正比,與兩者的距離平方成反比。庫侖定律是電學發展史上的第一個定量規律,它使電學的研究從定性進入定量階段,是電學史中的一塊重要的裏程碑。電荷的單位庫侖就是以他的姓氏命名的。

磁學中的庫侖定律也是利用類似的方法得到的。1789年法國大革命爆發,庫倫隱居在自己的領地裏,每天全身心地投入到科學研究的工作中去。同年,他的一部重要著作問世,在這部書裏,他對有兩種形式的電的認識發展到磁學理論方麵,並歸納出類似於兩個點電荷相互作用的兩個磁極相互作用定律。庫侖以自己一係列的著作豐富了電學與磁學研究的計量方法,將牛頓的力學原理擴展到電學與磁學中。庫侖的研究為電磁學的發展、電磁場理論的建立開拓了道路。這是他的扭秤在精密測量儀器及物理學的其它方麵也得到了廣泛的應用。

庫侖的扭秤是由一根懸掛在細長線上的輕棒和在輕棒兩端附著的兩隻平衡球構成的。當球上沒有力作用時,棒取一定的平衡位置。如果兩球中有一個帶電,同時把另一個帶同種電荷的小球放在它附近,則會有電力作用在這個球上,球可以移動,使棒繞著懸掛點轉動,直到懸線的扭力與電的作用力達到平衡時為止。因為懸線很細,很小的力作用在球上就能使棒顯著地偏離其原來位置,轉動的角度與力的大小成正比。庫侖讓這個可移動球和固定的球帶上不同量的電荷,並改變它們之間的距離:

第一次,兩球相距36個刻度,測得銀線的旋轉角度為36度。

第二次,兩球相距18個刻度,測得銀線的旋轉角度為144度。

第三次,兩球相距8.5個刻度,測得銀線的旋轉角度為575.5度。

上述實驗表明,兩個電荷之間的距離為4:2:1時,扭轉角為1:4:16。由於扭轉角的大小與扭力成反比,所以得到:兩電荷間的斥力的大小與距離的平方成反比。庫侖認為第三次的偏差是由漏電所致。

經過了這們巧妙的安排,仔細實驗,反複的測量,並對實驗結果進行分析,找出誤差產生的原因,進行修正,庫侖終於測定了帶等量同種電荷的小球之間的斥力。