库仑：给电“定量”的人

当像加尔瓦尼和沃尔特这样的科学家痴迷于静电或连续电流的定性研究时，有些人会对两个带电体之间存在多大的电磁力进行深入研究。在电学的发展中，从定性到定量，这个科学问题被一位名叫库仑的法国士兵科学家成功地解决了...

法国物理学家库仑(网络图)

1.

库仑在科学上的名声是由于奖励。

公元1777年，在埃克塞特岛服兵役的库仑偶然发现一则通知，说法国科学院为改进航海罗盘的提议提供了奖励。这名中年士兵出生在法国城市昂古莱姆，从28岁开始就一直在学习工程力学和静力学。37岁时，他发表了一篇关于材料强度的论文，其中他提出了一种计算物体上应力和应变分布的方法。虽然这种方法后来成为结构工程的理论基础，并一直使用到现在，但当时并没有引起科学界的注意，库仑仍然是未知的。当许多科学家沉迷于对连续电流的研究时，库仑正在一个接一个地做磁性实验。他对磁学的研究非常深入，自然非常重视这个奖励通知。

磁学的重要应用——指南针(网络图)

库仑沉思并认为改进导航罗盘的关键是磁针的精度。进一步观察表明，影响磁针精度的关键是支撑，因为磁针支撑的轴会与磁针产生摩擦。“为什么不用丝线或头发来悬挂磁针呢？支撑轴和磁针之间的摩擦力太大，如果丝线或头发被挂住，摩擦力就会减小到可以忽略不计。”一天，这样的想法出现在他的脑海里。

库仑根据这一假设进行了许多实验，并得出结论，捻线时的扭力与针旋转的角度成正比，磁力的大小可由这一关系计算出来。这就是著名的弹性扭转定律。经过多次实验，他发明了一种能够以极高精度测量微小力的工具——扭力天平。经过进一步的努力，库仑在此基础上成功地改进了指南针，使其更加精确。公元1781年，库仑向法国科学院提交了一篇题为“制造磁针的最佳方法研究”的论文。这篇文章在奖励竞赛中获得了一等奖。

库仑扭转平衡(网络图)

奖励事件大大提高了库仑的声望。公元1782年，他被选为法国科学院的成员，并被提升为中校。他本可以去法国科学院工作，但出于各种考虑，他还是选择了参军。

与此同时，意大利博洛尼亚大学的解剖学和生理学教授加尔瓦尼对这只狭窄的死青蛙腿产生了浓厚的兴趣。通过实验，人们发现这种现象起源于青蛙体内的“动物电”，从而揭开了持续电流研究的序幕(参见“他们的电学成果实际上起源于青蛙的腿！).

2.

像当时的大多数科学家一样，库仑也对时髦的电产生了浓厚的兴趣。"既然扭力天平可以测量磁力的大小，它还能测量电量吗？"他喜欢从一个例子中得出推论，并开始新一轮的扭转平衡实验。

他的实验由一根挂在细电线上的小绝缘杆和一个连接在小绝缘杆两端的平衡球组成。根据平衡球的带电情况，绝缘杆变化如下:如果两个球都没有带电，绝缘杆将处理平衡位置；如果固定的一个带电，另一个带相同电(正或负)的平衡球靠近它，绝缘杆将绕悬挂点旋转，产生扭转。

"绝缘棒的旋转角度与扭矩的大小成正比？"库仑的大胆假设。为了证明这个想法，他拿了两个不同种类的电的球，不断地改变它们的距离。通过精确计算和反复测量，库仑得出结论，两个带电物体之间的排斥力与距离的平方成反比。

同性互相排斥，而异性互相吸引。在解决了有效测量同种电物体斥力的问题后，将库仑置于不同种类电物体的重力实验中。不久，他发明了电摆(注1)，并利用类似于电摆的工作原理，他得出结论，两个带电物体之间的引力大小也与距离的平方成反比。

库仑发明的电摆。(网络图)

公元1785年，库仑在提交给法国科学院的论文《电学定律》中详细介绍了扭转平衡实验的过程。与此同时，他宣布了实验的结论:真空中两个静态点电荷之间的相互作用力(注2)与它们电荷的乘积成正比，与它们距离的平方成反比。后者称这个结论为库仑定律。

库仑定律作为电学发展史上的第一个定量定律，阐明了带电体之间的相互作用规律，为整个电磁学奠定了基础，堪称电磁学史上的一个重要里程碑。库仑定律已经成为物理学的基本定律之一。

由于库仑在电学上从定性到定量的飞跃，科学界把士兵的姓(库仑)作为源自国际单位制的电学单位的名称，在汉语中称为“库”，在英语中称为“c”。

库仑定律诞生后，电学没有发展得很快，因为当时科学家主要研究静电，而连续电流的概念还没有完全形成。然而，另一位物理学家是独一无二的，他致力于电和磁的研究，这是现代电磁学的前奏。请看下一集《他的堕落》和《现代电磁学的堕落》。》

邮票上的库仑。(网络图)

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个人档案:查尔斯·奥古斯丁·库仑(1736 ~ 1806)，法国工程师和物理学家。其主要贡献包括扭转平衡实验、库仑定律等。

[评论]

1.电摆是单摆的一种，它通过电使单摆来回摆动。无重细杆的细软绳一端悬挂在重力场的某一点，另一端固定一个重球，形成单摆。

2.点电荷，即线性比它们之间的距离小得多的带电体。在进行定量研究电荷间相互作用的实验时，当某些电荷的大小对结果影响很小时，电荷的体积和大小被忽略，电荷被视为只有电量而没有大小的电荷。它们是点电荷。