Закон Кулона

Открытие взаимодействия неподвижных друг относительно друга электрических зарядов было сделано под прямым влиянием идей Ньютона и, в частности, его закона всемирного тяготения. Можно сказать, что это открытие было осуществлено без особых затруднений. В середине XVIII века уже высказывались предположения, что закон взаимодействия зарядов аналогичен закону всемирного тяготения. Первым доказал это экспериментально англичанин Кевен-диш. Но этот выдающийся ученый отличался также выдающимися странностями. Преданность его науке была просто фанатической. Так, для сбережения времени он объяснялся с домашними раз и навсегда установленными знаками. Своих работ по электричеству Кевендиш не печатал. Более ста лет рукописи пролежали в библиотеке Кембриджского университета, пока их не извлек Максвелл и не опубликовал. К этому времени закон взаимодействия зарядов был установлен во Франции Кулоном и с тех пор носит его имя.

Кулон пришел к цели более простым, хотя и менее строгим путем, чем Кевендиш. Мы остановимся на экспериментах Кулона.

0114.gif

Открытию закона Кулоном способствовало то обстоятельство, что силы взаимодействия между зарядами велики. Поэтому здесь не нужно было применять особо чувствительную аппаратуру, как при проверке закона тяготения в земных условиях. Несложное устройство, получившее название крутильных весов Кулона, позволило ответить на вопрос, как взаимодействуют друг с другом неподвижные заряженные тела. Крутильные весы — это просто подвешенная на тонкой упругой проволочке палочка, на одном конце которой закреплен заряженный металлический шарик, а на другом — противовес. Еще один шарик закреплен возле весов неподвижно. Сила взаимодействия измерялась по закручиванию проволочки, и исследовалась зависимость силы от расстояния и величины зарядов. Измерять силу и расстояние умели. Единственная трудность была с зарядом. Кулон поступил просто и остроумно. Он менял величину заряда одного из шариков в 2, 4 и т. д. раз, соединяя его с таким же незаряженным шариком. Заряд при этом распределялся поровну между шариками, что и уменьшало величину исследуемого заряда в известном отношении. Одновременно наблюдалось, как изменяется сила.

Опыты Кулона привели к открытию закона, поразительно напоминающего закон тяготения. Сила взаимодействия неподвижных заряженных тел прямо пропорциональна произведению их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Сразу надо оговориться, что, как и ньютоновский закон, закон Кулона справедлив только для «точечных» зарядов, т. е. для зарядов, геометрические размеры которых малы по сравнению с расстоянием между ними. Вообще же сила зависит от геометрических размеров и формы заряженных тел. Ее обычно называют кулоновской.

Открытие закона Кулона впервые позволило рассматривать заряд как определенное количество — измерять его.

Для этого надо располагать единицей измерения. Эту единицу и дает возможность установить закон Кулона. Ведь создать эталон заряда, подобный эталону длины — метру, практически невозможно из-за всегда имеющейся утечки заряда. Естественно было бы за единицу заряда взять заряд электрона (это и сделано сейчас в атомной физике), но в то время ничего еще не было известно о прерывном строении электричества. За единицу заряда был принят такой заряд, который действует на равный себе в пустоте на расстоянии 1 сантиметра с силой в одну единицу — дину *). В этой системе единиц заряд электрона равен 4,8 10-10. Это весьма и весьма малая величина.

1 2