库仑定律

法国物理学家库仑从小就喜欢学习数学。后来在工兵队服役期间遇到的各式各样的力学问题引起了他的注意并写了不少这方面的论文。1779 年他与荷兰物理学家斯威顿共同研究磁石方面的问题，获得了奖励。1781 年关于摩擦的研究，又得到了法国科学院为简单机械理论研究设立的奖赏。同年，由于论述扭力的论文，被选为法国科学院院士。1784－1789 年，他转向电磁学方面的研究，1785 年他用自己设计的扭秤，建立了著名的库仑定律。

最初，他参加设计一种指向力强、抗干扰性能好的指南针的竞赛活动， 提出了丝悬指南针的设想，并由此得到法国科学院为竞赛所设立的磁学奖， 也可以说这就是扭秤的前身。因为当他把丝悬指南针用于测定地磁场场强时，发现丝线抗大气电的干扰能力不强，于是他用金属丝代替了丝线，后来他又给出了扭力的计算公式

μd ⁴

M = l ·θ

公式中的 l 和 d 分别为金属丝的长度和直径，μ为弹性系数，θ为金属丝的扭转角。扭力计算公式为扭秤实验提供了主体结构和定量测定力的依据。

后来，库仑就是用扭秤仪器进行实验的。这个扭秤可以测定 0.005 达因

的力，可见相当精巧。它是由直径和高均为 32.48 厘米的玻璃圆筒和上边的

一个直径为 35.19 厘米的玻璃圆盖构成的。这个圆盖上有两个孔，一个孔在

一侧，一个孔在中央，孔的直径为 4.51 厘米。中央孔处装有高为 64.96 厘米的玻璃管，玻璃管的上端装有测定扭转角大小的测微计，并悬挂一根银丝。悬丝下挂一横杆，横杆的一端为带电小球，另一端为作配平用的圆纸片。玻璃圆筒上刻有 360 个刻度。在一侧的孔用绝缘棒悬挂另一带电球。实验前作好调零的准备工作，然后做排斥力与距离关系的实验，作了三次记录：第一次两小球相距 36 个刻度，第二次为 18 个刻度，第三次为 8.5 个刻度；而银

丝的扭转角度：第一次为 36 度，第二次为 144 度，第三次为 575.5 度。于是， 他们之间存在如下比例关系：1∶1/2∶1/4=1∶4∶16。按扭转力来计算，第一次约为 0.0153 达因；第二次约为 0.0612 达因；第三次约为 0.245 达因。从而得出如下结论：两个带有同样类型电荷间的排斥力与两球中心之间的距离平方成反比。

库仑在做异性电荷吸引力与距离的关系实验，利用扭秤时遇到了困难， 主要是两球相吸，很难保持稳定，相吸的结果常常是相互接触而发生电荷中和现象，使实验无法进行下去。于是，库仑采取了另外一种方法：从测定振动周期，来确定力与距离的关系，他巧妙地设计了一个新的实验装置，来实现他的设想。

至于力与电量之间的关系，由于当时还没有一个衡量电量多少的公认的单位制，不能直接给出定量的证明，但库仑采取让带电球与不带电球相互接触的办法，解决了这个问题。这样就可以得到等于原电量的 1/2、1/4、⋯⋯， 从而得出电力与电量相乘积成正比的结论。

同时，库仑采用同样的方法（平衡法与振动法）得到磁力的相互作用定律。至此，库仑终于于 1785 年在法国科学院发表的关于电力与磁力的作用规律的论文中，提出了电荷（或磁极）之间的作用力与其距离的平方成反比，

和两者所带电量（或磁极强弱）的乘积成正比的关系。这就是著名的库仑定律。

库仑定律的问世，不仅揭示了电力（或磁力）相互作用的规律，奠定了静电（磁）学的理论基础，同时还暗示电、磁作用力与万有引力存在着内在的一致性，为统一自然力提供了重要的线索。库仑是静电（磁）学的第一位奠基人。