静电学基本定律。科学发现的历史和本质

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电现象逐渐失去了原本孤立的、有趣的自然现象，逐渐形成了一种统一体，现有的理论试图用几个基本原理来涵盖。是时候从定性研究转向定量研究了。

这一研究方向在 1859 年圣彼得堡院士 F. Epinus（1724-1802）的著作中得到了明确表达。

埃皮努斯的数学思考基于以下原则：每个身体在其自然状态下都有明确定义的电量。电流的粒子相互排斥并被普通物质吸引。当体内的电流量大于或小于自然状态下的量时，就会出现电效应。

Aepinus 做出这样的假设：“......我仍然不敢确定这些函数依赖关系。但是，如果需要在不同函数之间做出选择，那么我会心甘情愿地争辩说，这些量与距离的平方成反比变化. 这可以假设有一定的合理性，因为有利于这种依赖，显然，与其他自然现象的类比说话。埃皮努斯之后是亨利·卡文迪什（Henry Cavendish，1731-1810），他在 1771 年的论文中接受了埃皮努斯的假设，但有一个变化：假设两个电荷的吸引力与一定程度的距离成反比，但尚未具体说明。

卡文迪许使用数学推理得出结论：如果电荷的相互作用力遵循平方反比定律，那么“几乎所有”电荷都集中在导体的表面。因此，概述了建立电荷相互作用定律的间接方法。

建立“电力定律”的主要困难是找到一个实验情况，在这种情况下，有质动力与作用在基本电荷之间的力一致。

也许解决这个问题的正确方法首先是由英国博物学家 J. Robison (1739-1805) 发现的。

Robison 使用的实验方法基于这样一种想法，即当相互作用的电荷所在的球体的尺寸远小于球体中心之间的距离时，可以将其视为点电荷。

英国人进行测量的装置在他的基础著作“机械哲学系统”中有所描述。该作品在他去世后于 1822 年出版。

鉴于测量误差，Robison 得出结论：

“球体之间的作用与它们中心之间距离的平方成反比。”

然而，静电学的基本定律并没有罗宾逊的名字。事实是，这位科学家报告了仅在 1801 年获得的结果，并在以后进行了详细描述。当时，法国科学家的作品库仑.

查尔斯·奥古斯丁·库伦 (Charles Augustin Coulomb, 1736–1806) 出生于法国西南部的昂古莱姆。查尔斯出生后，全家搬到了巴黎。

起初，男孩就读于四国学院，也称为马萨林学院。不久，他的父亲破产了，将家人留在了法国南部的蒙彼利埃。母子之间的冲突导致查尔斯离开首都搬到父亲那里。

1757 年 XNUMX 月，在蒙彼利埃皇家科学学会的一次会议上，一位年轻的数学爱好者阅读了他的第一部科学著作《平均比例曲线的几何论文》。随后，库仑积极参与学会的工作，并出版了另外五本回忆录——两本数学和三本天文学。

1760 年 XNUMX 月，查尔斯进入 Mézières 军事工程师学校。次年XNUMX月，查尔斯从学校毕业，被分配到法国西海岸的一个主要港口布雷斯特。然后他来到了马提尼克岛。在那里度过的八年里，他几次重病，但每次都回到公务上。这些疾病并没有被忽视。回到法国后，库伦已经不能算是一个完全健康的人了。

尽管困难重重，库仑还是很好地履行了自己的职责。他在加尼叶山建造堡垒的成功以晋升为标志：1770 年 XNUMX 月，他获得了上尉军衔——在当时，这可以被认为是一次非常快速的晋升。不久，库仑再次病重，最后提交报告，要求调往法国。

回国后，库伦被分配到布森。在这里，他完成了在西印度群岛服役期间开始的一项研究。他在他的第一个科学工作中提出的许多想法仍然被材料强度专家认为是基本的。

1774 年，库伦被调往瑟堡大港，并在此服役至 1777 年。在那里，库仑从事了许多防御工事的修复工作。这项工作留下了很多闲暇时间，这位年轻的科学家继续他的科学研究。库仑当时感兴趣的主要话题是开发一种制造磁针的最佳方法，以准确测量地球磁场。这个题目是在巴黎科学院宣布的一项竞赛中给出的。

1777 年比赛的两位获胜者同时宣布——瑞典科学家 van Schwinden，他已经为比赛提出了工作，还有库伦。然而，对于科学史来说，最令人感兴趣的并不是库仑回忆录中专门讨论磁针的章节，而是下一章分析挂箭头的线的机械性能。科学家进行了一系列实验，并确定了扭转变形力矩对螺纹的扭转角度及其参数：长度和直径的依赖关系的一般顺序。

丝线和头发在扭转方面的低弹性使得可以忽略弹性力的产生力矩，并假设磁针完全遵循磁偏角的变化。这种情况促使库仑研究圆柱形金属螺纹的扭转。 1784 年完成的著作《金属丝的扭力和弹性的理论和实验研究》对他的实验结果进行了总结。

库仑在 1777 年的竞赛中对细金属线的扭力进行的研究产生了重要的实际结果——扭力天平的发明。这种仪器可以用来测量各种性质的小力，它提供了 XNUMX 世纪前所未有的灵敏度。

开发出最精确的物理设备后，库仑开始为其寻找有价值的应用。这位科学家开始研究电和磁问题。

库仑在电学领域取得的最重要成果是建立了静电学基本定律——静止点电荷相互作用定律。科学家将电的基本定律表述如下：

“两个小球的排斥力，通过相同性质的电流带电，与球中心之间距离的平方成反比。”

库仑从测量同种电荷的排斥力对距离的依赖性开始，并进行了大量实验。科学家给出了三个测量结果，其中电荷之间的距离为 36:18:172，相应的斥力为 36:144:5751，即力几乎与平方成反比的距离。现实中，实验数据与理论规律有些出入。库仑认为，造成这种差异的主要原因，除了计算中采用的一些简化之外，是实验过程中的漏电。

测量吸引力的任务变得更加困难，因为很难防止摆轮的移动球与另一个相反符号的电荷接触。然而，库仑经常设法在两个球的吸引力和扭曲线的反作用力之间取得平衡。得到的实验数据表明，吸引力也服从平方反比定律。

但库仑对这些结果也不满意。 M. Gliozzi 写道：“为了确认这一定律，正如他所预见的那样，它将在电学理论中发挥重要作用，”库仑采用了一种新的原始方法来测量小力，该方法之前已经用于测量钢点的磁力。这种方法被证明非常有效，现在被称为“振荡法”。它基于这样一个事实，就像钟摆的振荡频率取决于磁力的大小一样给定位置的重力，因此在水平面上振动的带电针的振动频率取决于作用在其上的电力强度，因此可以从每秒的振动次数中找到该力。为了实现这一点计划中，库仑使绝缘棒振动，在末端配备一个小的垂直带电板，位于绝缘金属球的前面，与板的电荷相反，其位置使其水平直径之一ov在平衡时通过板的中心。这样一来，平方反比定律也得到了充分的证实。”

因此，库仑奠定了静电学的基础。他获得了具有基础和应用重要性的实验结果。对于物理学史来说，他的扭力天平实验也至关重要，因为它们为物理学家提供了一种通过力学中使用的量来确定电荷单位的方法：力和距离，这使得对电学进行定量研究成为可能。现象。

作者：萨明 D.K.

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