“第一次測試:分度頭指針指示0°,兩球相距為36°。
第二次測試:利用分度頭標(biāo)記將懸絲沿著使兩球接近的方向轉(zhuǎn)過120°,此時兩木髓球相距為18°。
第三次測試:將懸絲轉(zhuǎn)過567°,這時兩小球接近至距離為8.5°”
我們可將上述測試結(jié)果歸納如下:
當(dāng)力臂保持固定時,扭力與扭轉(zhuǎn)角成正比。從上述第一次和第二次的結(jié)果來看,兩小球的距離縮短一半,扭力增大四倍,即作用力的值與距離平方成反比。第三組數(shù)據(jù)有點(diǎn)出 入,相差0.5°,庫侖將此解釋為小木球漏電的結(jié)果。在這里是用弧長代替距離,后來對此作了修正。其后,他又做了一系列同樣的實驗,其共同的結(jié)論是:同種電荷之間的斥力與它們距離平方呈反比關(guān)系。后來庫侖又將這個結(jié)論推廣到異種電荷的吸引力情況。
實驗次數(shù)
小球間距離
懸絲扭轉(zhuǎn)角
1
36°
36°
2
18°
126°+18°=144°
3
8.5°
567°+8.5°=575.5°
力是一個矢量,具有方向和大小。所以“庫侖定律”應(yīng)該完整地表述如下:兩個點(diǎn)電荷之間作用力的方向沿它們的連線方向,同種電荷相斥,異種電荷相吸;其值與這兩個點(diǎn)電荷的電量的乘積成正比,而與它們的距離平方成反比。 自然科學(xué)的職能首先是總結(jié)關(guān)于客觀世界的知識并使之系統(tǒng)化。這不僅要在定性上,而且要在定量上做到這一點(diǎn)。庫侖定律是電學(xué)中得到的第一個精確的定量規(guī)律,它的建立標(biāo)志著電學(xué)從定性的觀察和實驗階段進(jìn)入了定量的研究階段。
物理學(xué)中的普遍規(guī)律常常需用數(shù)學(xué)公式來表述。采用下式可完整而確切地表達(dá)出庫侖定律的內(nèi)容 其中k為比例系數(shù)。庫侖假設(shè)力的大小與兩點(diǎn)電荷電量的乘積成正比,這純粹是與牛頓萬有引力定律的一種類比。他對自己的主張并未提供論據(jù),因為當(dāng)時并未定義關(guān)于電荷的量度。直接從庫侖定律出發(fā)定義電荷量度的思想,最早是由德國的數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家高斯(C.F.Gauss,1777—1855)提出的。按照高斯的定義,兩個相同電量的電荷相距1厘米時,若相互間的靜電斥力為1達(dá)因,則每一電荷的電量定義為1靜電制電量單位,簡稱1“靜庫”。高斯還創(chuàng)造了磁體磁矩的量度以及磁場強(qiáng)度的量度,從而建立了第一個合理的電磁學(xué)單位制——高斯制。在高斯單位制中,上述庫侖定律中的系數(shù)k=1。 不過,其后人們發(fā)現(xiàn)對于工業(yè)和日常的應(yīng)用來說,高斯制中有些量的單位太大(如電阻),而有些量的單位又太?。ㄈ珉娏鳎D壳皩嶋H應(yīng)用中普遍采用國際單位制(SI)。在國際單位制中,電量的單位是“庫侖”,且它不再是通過庫侖定律定義的,而是通過電流強(qiáng)度的單位“安培”來定義的。當(dāng)均勻?qū)Ь€中通有1安培的穩(wěn)恒電流時,每秒內(nèi)通過任一橫截面積上的電量定義為1庫侖。在國際單位制SI中,庫侖定律中的力(F)、距離(r)和電量(q)的單位都已確定,所以系數(shù)k不再是一個無量綱的常數(shù),其值應(yīng)由實驗確定。目前習(xí)慣上將k表示為 并稱e0為“真空電容率”。根據(jù)現(xiàn)代的精確測量,其值為e0=8.8541878×10-12法拉/米。