库仑扭秤实验,是库仑做的探究静电力常量的一种科学实验。通过实验,库仑发现两点电荷之间静电力与距离平方成反比的规律。

中文名

库仑扭秤实验

类别

一种科学实验

发现

两磁铁磁力与距离平方成反比规律

属于

库仑

发展历史

库仑扭秤实验

库仑所做的发现电力与磁力的平方反比定律的实验。1773-1777年间,库仑发明可精确测定微小力的扭秤。1785年用经改进的电扭秤发现,两电荷间的电力与它们各自电量的乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比。1787年又发现两磁铁之间的磁力与距离平方成反比的规律:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,作用力的方向沿着这两个点电荷的联线,。公式

。若在电介质中,则为

(ε为介电常数)。与万有引力定律有神秘关联。

扭秤实验图

库仑定律的实验验证:库仑定律是1784--1785年间库仑通过纽秤实验总结出来的。纽秤的结构如下图。在细银丝下悬挂一根绝缘棒,棒的一端是一个带电的小球A,另一端是一个不带电的球B,B与A所受的重力平衡。为了研究带电体之间的作用力,把另一个带电的金属球C插入容器并使它靠近球A时,A和C之间的作用 力使悬丝扭转,转动悬丝上端的悬钮,使小球回到原来位置。这时悬丝的扭力矩等于施于小球A上电力的力矩。如果悬丝的扭力矩与扭转角度之间的关系已事先校准、标定,则由旋钮上指针转过的角度读数和已知的秤杆长度,可以得知在此距离下A、B之间的作用力。库仑定律 COULOMB LAW

内容

库仑定律——描述真空中(干燥空气中近似适用)静止点电荷(或其一运动)之间的相互作用力的规律

真空中,点电荷 q 对 q0 的作用力为

( 1-1 )

其中,r ——两点电荷之间的距离

r ——从 q到 q0方向的矢径,

是这方向的单位矢量

k ——静电力常量

(1-1)式表示:若 q 与 q0 同号, F 10 y沿 r 方向——斥力;

若两者异号,则 F 10 沿 - r 方向——吸力.

显然 q0 对 q 的作用力

(1-2)

在MKSA单位制中

力 F 的单位:牛顿(N)=千克· 米/秒

(量纲:M LT - 2)

电量 q 的单位:库仑(C)

定义:当流过某曲面的电流1 安培时,每秒钟所通过

的电量定义为 1 库仑,即

(量纲:IT)

比例常数

( 通常表示为法拉/米 )

是真空介电常数(或称真空电容率),它与真空中光速c 的关系为

(1-4)

C 是一个基本的物理常数, m0 为真空磁导率. 现在(1-1)式写成

(1-5)

物理意义

(1)描述点电荷之间的作用力,仅当带电体的尺度远小于两者的平均距离,才可看成点电荷.

(2)描述静止电荷之间的作用力,当电荷存在相对运动时,库仑力需要修正为Lorentz力。但实践表明,只要电荷的相对运动速度远小于光速 c,库仑定律给出的结果与实际情形很接近.

[例1-1] 比较氢原子中质子与电子的库仑力和万有引力(均为距离平方反比力)

据经典理论,基态氢原子中电子的“轨道”半径

核和电子的线度

米 ,故两者可看成“点电荷”.

两者的电量

库仑 质量

千克

千克

万有引力常数

牛 ·米2 /千克2

电子所受库仑力

电子所受引力

两者之比:

(1-6)

可见,电磁力在原子、分子结构中起决定性作用