庫倫與庫侖定律

2021-01-13 北京八中高中物理

    1775年美國人富蘭克林作的金屬桶實驗，觀察到金屬導體內表面不帶電的事實，但是沒有把觀察到的現象和電力的平方反比定律聯繫起來。

      1776年英國人普利斯特裡重複了富蘭克林的實驗，發表了「電學的歷史現狀以及初始的實驗」這一篇論文結尾部分提到了這個實驗, 解釋說電的引力跟萬有引力一樣, 也應服從平方反比定律。

普利斯特裡的這個解釋不是憑空想像出來的, 而是因為牛頓在推出萬有引力定律時曾證明過, 如果萬有引力服從平方反比定律, 則均勻的物質球殼對殼內物體應無引力作用。結合牛頓和富蘭克林的發現，他提出了電的引力跟萬有引力一樣, 也應服從平方反比定律。

1769年，英國蘇格蘭人羅伯遜發明了一種特殊裝置第一次定量地作了電力平方反比定律的實驗，比庫侖早16年，但一直到1801年才發表。他把實驗結果用公式 F∝1/rn表述出來，即電力F與距離r的n次方成反比。先假設指數n不是準確為2，而是 n=2+δ，得到指數偏差δ≤0.06。這個δ成為後來科學家們完善庫侖定律重點精確的一個數值。

1773年卡文迪許用兩個同心金屬球殼作實驗, 外球殼由兩個半球裝配而成, 兩半球合起來正好把內球封在其中，通過一根導線將內外球聯在一起, 外球殼帶電後, 取走導線, 打開外殼, 用木髓球驗電器試驗有沒有帶電, 結果發現木髓球驗電器沒有指示, 內球不帶電荷。

根據這個實驗, 卡文迪許確定指數偏差δ不大於0.02。卡文迪許的實驗甚至比後來的庫侖都要精確，可是他一直沒有發表，直到1876年麥克斯韋在整理他的研究成果時才將此研究結果公之於眾。

1784年至1785年間，法國物理學家查爾斯·庫侖通過扭秤實驗驗證了F∝1/r2這一結論，同時還驗證了F∝q1q2/r2,成為官方公認的電學發展史上的第一個定量規律。

1873年，麥克斯韋和麥克阿里斯特重複了卡文迪許的實驗並加以完善，將指數偏差δ的範圍縮小到不大於4.9×10-5.

後來，1936年美國沃塞斯特工學院的Plimpton和Lawton，在新的基礎上驗證了庫侖定律運用低阻尼電流計進行驗證庫侖定律的實驗，將指數偏差δ的範圍縮小到不大於2×10-9。1976年美國Wesleyan大學的Edwin R．Williams，James E．Faller及Henry A．Hill用高頻高壓信號、鎖定放大器和光學纖維傳輸來保證實驗條件 ，根據麥克斯韋的公式，得到的平方反比定律的指數偏差 δ≤（2.7±3.1）×10-16


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