庫侖扭秤實驗

庫侖扭秤實驗，是庫侖做的電力與磁力之間關係的一種科學實驗。通過實驗，庫侖發現兩磁鐵之間的磁力與距離平方成反比的規律。

基本信息

• 中文名：庫侖扭秤實驗

• 類別：一種科學實驗
• 屬於：庫侖
• 發現：兩磁鐵磁力與距離平方成反比規律

發展歷史

庫侖扭秤實驗

庫侖所做的發現電力與磁力的平方反比定律的實驗。1773-1777年間，庫侖發明可精確測定微小力的扭秤。1785年用經改進的電扭秤發現，兩電荷間的電力與它們各自電量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比。1787年又發現兩磁鐵之間的磁力與距離平方成反比的規律：真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，作用力的方向沿著這兩個點電荷的聯線,。公式：F=k*(q1*q2)/r^2。若在電介質中，則為F=k*(q1*q2)/εr^2(ε為介電常數)。與萬有引力定律有神秘關聯。
庫侖定律的實驗驗證：庫侖定律是1784--1785年間庫侖通過紐秤實驗總結出來的。紐秤的結構如下圖。在細銀絲下懸掛一根絕緣棒，棒的一端是一個帶電的小球A，另一端是一個不帶電的球B，B與A所受的重力平衡。為了研究帶電體之間的作用力，把另一個帶電的金屬球C插入容器並使它靠近球A時，A和C之間的作用力使懸絲扭轉，轉動懸絲上端的懸鈕，使小球回到原來位置。這時懸絲的扭力矩等於施於小球A上電力的力矩。如果懸絲的扭力矩與扭轉角度之間的關係已事先校準、標定，則由鏇鈕上指針轉過的角度讀數和已知的秤桿長度，可以得知在此距離下A、B之間的作用力。庫侖定律COULOMB LAW

內容

庫侖扭秤實驗

庫侖定律——描述真空中（乾燥空氣中近似適用）靜止點電荷（或其一運動）之間的相互作用力的規律。真空中，點電荷q對q0的作用力為（1-1）其中，r——兩點電荷之間的距離。r——從q到q0方向的矢徑，=r/r是這方向的單位矢量k——靜電力常量（k=9.0*10^9N*m^2/C^2）、（1-1）式表示：若q與q0同號，F10y沿r方向——斥力；
若兩者異號，則F10沿-r方向——吸力.顯然q0對q的作用力F01=-F10（1-2）在MKSA單位制中力F的單位：牛頓（N）=千克·米/秒2(kg·m/S2)（量綱：MLT-2）。
電量q的單位：庫侖（C）。
定義：當流過某曲面的電流1安培時，每秒鐘所通過的電量定義為1庫侖，即1庫侖（C）=1安培·秒（A·S）（量綱：IT）比例常數k=1/4pe0(1-3)e0=8.854187818(71)×10-12庫2/牛·米2(通常表示為法拉/米)是真空介電常數（或稱真空電容率），它與真空中光速c的關係為(1-4)C是一個基本的物理常數,m0為真空磁導率.現在（1-1）式寫成（1-5）。

物理意義

庫侖扭秤實驗

(1)描述點電荷之間的作用力，僅當帶電體的尺度遠小於兩者的平均距離，才可看成點電荷。
(2)描述靜止電荷之間的作用力，當電荷存在相對運動時，庫侖力需要修正為Lorentz力.但實踐表明，只要電荷的相對運動速度遠小於光速c，庫侖定律給出的結果與實際情形很接近。
比較氫原子中質子與電子的庫侖力和萬有引力（均為距離平方反比力）。
據經典理論，基態氫原子中電子的“軌道”半徑r≈5.29×10-11米。
核和電子的線度≤10-15米,故兩者可看成“點電荷”。
兩者的電量e≈±1.60×10-19庫侖質量mp≈1.67×10-27千克me≈9.11×10-31千克。
萬有引力常數G≈6.67×10-11牛·米2/千克2。
電子所受庫侖力Fe=-e2r/4pe0r3電子所受引力Fg=-Gmpmer/r3。
兩者之比：Fe/Fg=e2/4pe0Gmpme≈2.27×1039（1-6）。
可見，電磁力在原子、分子結構中起決定性作用。