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图6：库仑扭称实验示意图


库仑所用的装置如下：一个玻璃圆缸，在上面盖一块中间有小孔的玻璃板 。小孔中装一根玻璃管，在玻璃管的上端装有测定扭转角度的测微计，在管内悬一根银丝并伸进玻璃缸内 。悬丝下端系住一个小横杆，小横杆的一端为木质小球A，另一端为平衡小球，使横杆始终处在水平状态 。玻璃圆筒上刻有360个刻度，悬丝自由松开时，横杆上小木球A指零 。


库伦使固定在底盘上的小球C带电，再让两个小球A、C接触后分开，以致两个小球均带同种等量电荷，两者互相排斥 。带电的木质小球A受到的库仑斥力产生力矩使横杆旋转，悬丝也扭转形变产生扭转力矩 。因为悬线很细，作用在球上很小的力就能使棒显著地偏离其原来位置 。当悬丝的扭转力矩和库仑力力矩相平衡时，横杆处于静止状态 。


库仑改变底盘上带电球C和横杆上带电小球A之间的距离，作了三次记录 。第一次，两球相距36个刻度，测得银丝的旋转角度为36度 。第二次，两球相距18个刻度，测得银丝的旋转角度为144度 。第三次，两球相距8.5个刻度，测得银丝旋转的575.5度 。上述实验表明，两个电荷之间的距离为4:2:1时，扭转角为 1:4:15.98 。库仑认为第三次的偏是由漏电所致 。经过误差修正和反复的测量，并对实验结果进行分析，库仑终于得到了两电荷间的斥力即库仑力的大小与距离的平方成反比 。

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其中k是静电力常量，约为9×10^9N·m^2/C^2 。这个常量并不是由库仑计算得来的，而是由一百年后的麦克斯韦根据理论推导得出的 。这和引力常数的得出过程有着惊人的相似！在牛顿发现万有引力定律F=GMm/r^2时，牛顿本人并不知道引力常数G是多少，直到100多年后，才由英国的科学家卡文迪许（Henry Cavendish，1731-1810）通过类似的扭称实验装置计算出来 。



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图7：卡文迪许测量万有引力示图


而单个电荷量也不是由库仑测得的，但这并不妨碍库仑的伟大 。要知道，由于科技水平和物质条件的限制，在遥远的18世纪，库仑就能用这么巧妙的实验装置，放大并显示了这么微小的力，已经难能可贵了 。


电量表示物体所带电荷的多少 。实际上1库仑（C）的电量是比较大的，因为电荷的电量非常小，一个电子的电量仅为1.60×10^（-19） C，1C 就相当于6.25×10^18个电子带电量 。它和我们前面讲过的电流之间的关系是，电量等于电流强度（单位A）与时间（单位s）的乘积，公式表达为Q=I t 。因此1C就表示1A电流在1s内输运的电量 。1881年的国际电学大会上，电容量的单位被定义为库仑 。


自然界中基本相互作用已知有四种：万有引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力 。强相互作用力、弱相互作用力是一种短程力，其作用距离不超过原子核线度 。在微观世界中，万有引力与强相互作用力、弱相互作用力、电磁力相比是可以忽略不记的，比如电子与质子之间的库仑力（电磁力的一种）约是万有引力的10^39倍，而强相互作用力比电磁力还要大 。因此，在微观领域，起作用的是强相互作用力、弱相互作用力、电磁力 。理论认为，强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用可以统一成一种相互作用 。而万有引力定律和库仑定律在形式上的相似性，是否意味着这两种作用的某种内在的质的统一性？这还是一个谜，有待人们去揭示 。

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