库伦 VS 库伦定律

1年前浏览865

查利·奥古斯丁·库仑---Charlse-Augustin de Coulomb（1736 --1806），法国著名的军事工程学家，物理学家，土力学奠基人。其最伟大的成就时发现了电荷之间相互作用——库仑定律——而被永世刘芳，电荷的单位就是以他的名字命名——库/库伦。

一生平事迹

1736年6月14日，在法国昂古莱姆出生了一个小男孩，他的父母给他取名为查尔斯·奥古斯丁·库仑。库仑的父亲名字叫韩瑞，他是法国皇室在蒙特利埃地区的巡视员，库仑的母亲是凯瑟琳·贝尔特。库仑的父母是虔诚的基督徒，小库伦出生不久就在著名的安德烈教堂参加了洗礼仪式。

在库仑还是少年的时候，这一家人就离开了昂古莱姆，搬到了繁华的法国首都巴黎，库仑到了上学的年龄，他开始了在马自力学院的学习，在那里，库仑学习了哲学、语言和文学，那时候这些课程是一个绅士必须学习的重要内容，但是，由于当时的法国文明开化，在库仑所在的学校里，不仅仅开设了文科类的课程，同时也开设了数学、天文学、化学和植物学的课程，这些课程为后来库仑发现著名的库仑定律奠定了良好的基础。

库仑在巴黎的生活紧张但是丰富多彩，可是不久发生了一件意想不到的事情，那就是自己的父亲在投资方面发生了问题，结果欠下很多债务，不得不离开巴黎，前往蒙特利尔，库仑也一起前往，正是在这座新的城市，库仑发表了自己的第一篇论文，这篇论文发表在当地著名的科学杂志《蒙特利尔科学与生活》上。1760年，库仑回到巴黎参加了皇家工程学院的考试，获得了优异的成绩。

1761年，25岁的库仑从大学毕业了，他进入法国军队成为了一名中尉工程师，从这时候开始的20年时间里，库仑跟随法军到各处驻防，这期间，他参与设计各种类型的工事、掩体，为了建造这些设施，库仑学习了结构力学、土壤学等等物理、化学知识，并且这对上述学科进行了深入地研究，积累了丰富的经验。库仑的第一个驻防地是布雷斯特，1764年2月，库仑又被派到了位于加勒比的马提尼克岛驻防，不同的地域，不同的风土人情、气候特点、地质结构为库仑的研究提供了丰富的素材，在西印度群岛的驻防中，库仑的任务是建设一座城堡，由于环境复杂，设计复杂，工程建造持续了8年，1772年这项工程才算完工，由于过度劳累和对环境不适应，库仑生病了，这次生病使得库仑的身体状况每况愈下，法国军方不得不把库仑从西印度群岛调回法国驻防。

回到法国后，库仑被授予了上尉军衔，他移防到很多地方，后来库仑被派到了Bouchain，在这座城市驻防的时间里，他对应用力学进行了研究，1773年他向法国科学院提交了他的研究成果，这项成果极其重要，其对后人研究应用力学提供了不可多得的范本。

1779年，库仑再次移防，这次服役的地点是罗什福尔，这次的任务是与蒙特朗贝尔侯爵合作，建设一座完全由木头做成的堡垒。由于这项工程设计的力学知识较多，所以，库仑对力学的研究更加深入，在罗什福尔有一家造船厂，利用职务之便，库仑在造船厂里建立了力学实验室，在实验室里，库仑亲自动手做了大量的力学实验。

1773年由于在航海中需要对指南针进行深入研究，法国科学院悬赏对这个问题进行研究。在物理中，有一个非常著名的规律，那就是不同的电荷之间存在着同性相斥，异性相吸的相互作用，但是这种作用之间的规律到底是什么，那时候不很清楚，库仑对这个问题非常感兴趣，他利用自己的力学知识开了对这个问题进行研究。首先，库仑对前人的研究进行总结，库仑首先研究磁铁的吸引与排斥，他将磁铁分为两种磁核，然后根据万有引力定律猜测它们之间的作用力和磁核的大小以及距离平方成反比。

英国著名科学家卡文迪许曾经设计过一种扭称，利用扭称可以测量出万有引力的大小，库仑仿照卡文迪许的扭称制作了自己的扭称，他利用扭称测量力的大小，证明了磁核间相互作用的结论，这个结论被称作库仑磁定律，此外，库仑提出了如何消除指南针摩擦力的方法，他使用头发、蚕丝将指南针悬挂起来用于减少摩擦。由于库仑的重大贡献，他在1777年获得法国科学院奖金。库仑提出的磁作用力使用了很长时间以后，由于奥斯特、法拉第发现了磁和电的关系，这个定律不再使用，但是这项发现为库仑电荷定律提供了巨大的研究平台。

库仑深入研究两个电荷之间的作用力，他根据万有引力定律、自己对磁相互作用的研究猜测电荷间力的作用也是电荷乘积除以距离的平方，然后利用库仑扭称进行验证，实验结果与理论预期结果完全符合，由于库仑定律非常重要，所以平方反比关系的验证直到今天还在继续。为了纪念库仑的重大功绩，在国际单位制中电荷的单位就是用他的名字命名。

1781年，库仑再次回到巴黎，1787年，库仑和台农一起参观了位于石屋的法国皇家海军医院，在那里他们看到了被称作革命亭的建筑，这个建筑设计非常特别，这种设计深深打动了库仑，他把这个建筑推荐给法国政府。1789年，法国爆发了革命，在法国大革命中，库仑辞去了官职，前往布洛瓦这个小城镇去休养。

测量中必定涉及到物理单位，而物理单位的确定由于标准的不同而非常混乱，为了解决这个问题，法国革命政府特别邀请库仑回到巴黎对这个问题进行研究。在这次研究中，库仑成为了国家研究院首席科学家，由于他的巨大功绩，1802年，库仑被任命为教育部总督学，但是库仑的身体状况却越来越差，1806年库仑在巴黎去世了。库仑不仅仅在电学理论方面，而且在岩土工程领域成为了开拓者。1889年为了庆祝法国大革命100周年建立了埃菲尔铁塔，在铁塔上刻有72名为人类文明的发展做出巨大贡献的学者，库仑就是其中之一。

二库仑定律

库仑定律（Coulomb's law）是静止点电荷相互作用力的规律。1785年法国科学家C,-A.de库伦由实验得出，真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力同它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上，同名电荷相斥，异名电荷相吸。

2.1 发现过程

1769年，英国苏格兰人罗宾逊，设计了一个杠杆装置，他把实验结果用公式表述出来，即电力F与距离r的n次方成反比。先假设指数n不是准确为2，而是，得到指数偏差。

1784年至1785年间，法国物理学家查尔斯·库仑通过扭秤实验验证了这一定律。扭秤的结构如右图所示：在细金属丝下悬挂一根秤杆，它的一端有一小球A，另一端有平衡体P，在A旁还置有另一与它一样大小的固定小球B。为了研究带电体之间的作用力，先使A、B各带一定的电荷，这时秤杆会因A端受力而偏转。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，并且通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小。

1773年，卡文迪许用两个同心金属球壳做实验，如右图，外球壳由两个半圆装配而成，两半球合起来正好把内球封在其中。通过一根导线将内外球连在一起，外球壳带点后，取走导线，打开外壳，用木髓球验电器试验有没有带电，结果发现木髓球验电器没有指示，内球不带电荷。根据这个实验，卡文迪许确定指数偏差

，比罗宾逊1769年得出的0.06更精确。

1873年，麦克斯韦和麦克阿利斯特改进了卡文迪许的这个实验。麦克斯韦亲自设计实验装置和实验方法，并推算了实验的处理公式。
　　他们将F表示为

，其中q不超过

。这个实验做得十分精确，以致直到1936年未曾有人超过他们。

1936年，美国沃塞斯特工学院的Plimpton和Lawton，在新的基础上验证了库仑定律，他们运用新的测量手段，改进了卡文迪许和麦克斯韦的零值法，消除和避免了试验中几项主要误差，从而大大地提高了测量精度，试验线路和装置如右图所示。他们用这套装置进行了多次试验，不同的实验者都确认电流计除了由于热运动造成的1微伏指示外没有其他振动，他们用麦克斯韦对出的公式进行计算，得到

1971年，美国Wesleyan大学的Edwin R．Williams，James E．Faller及Henry A．Hill用现代测试手段，将平方反比定律的指数偏差又延伸了好几个数量级。在此之前已有好几起实验结果，不断地刷新纪录。Williams等人采用高频高压信号、锁定放大器和光学纤维传输来保证实验条件，但基本方法和设计思想跟卡文迪许和麦克斯韦是一脉相承的。

上图是简单示意图，他们用五个同心金属壳，而不是两个，采用十二面体形，而不是球形。峰值为10千伏的4兆赫高频高压信号加在最外面两层金属壳上，检测器接到最里面的两层，检验是否接收到信号。

他们根据麦克斯韦的公式，得到的平方反比定律的指数偏