卡文迪什和米切尔的工作 库仑的电扭秤实验

在米切尔之前确有许多人步牛顿的后尘研究磁力的规律， 例如：哈雷（1687年）、豪克斯比、马森布洛克等人都做 过这方面的工作，几乎连绵百余年，但都没有取得判决性 的结果。米切尔推断磁力平方反比定律的结论可以说是牛 顿长程力思想的胜利，把引力和磁力归于同一形式，促使 人们更积极地去思考电力的规律性。米切尔和卡文迪什都 是英国剑桥大学的成员，在他们中间有深厚的友谊和共同 的信念。米切尔得知库仑发明扭秤后，曾建议卡文迪什用 类似的方法测试万有引力。这项工作使卡文迪什后来成了 第一位直接测定引力常数的实验者。正是由于米切尔的鼓 励，卡文迪什做了同心球的实验。但是卡文迪什的同心球 实验结果和他自己的许多看法，却没有公开发表。

查利· 奥古斯丁· 库仑（1736 --1806），法国 工程师、物理学家。1736年6月14日生于法 国昂古莱姆。1806年8月23日在巴黎逝世。 主要贡献有扭秤实验、库仑定律、库伦土 压力理论等。
中文名 查利· 奥古斯丁· 库仑 外文名 Charlse-Augustin de Coulomb 民 族 法国 出生地 昂古莱姆 出生日期 1736年6月14 日 逝世日期 1806年8月23日 职 业 工程师、物理学家


他在军队里从事了多年的军事建筑工作， 为他1773年发表的有关材料强度的论文积累 了材料。在这篇论文里，库仑提出了计算 物体上应力和应变的分布的方法，这种方 法成了结构工程的理论基础，一直沿用到 现在。
1777年法国科学院悬赏，征求改良航海指 南针中的磁针的方法。库仑认为磁针支架 在轴上，必然会带来摩擦，要改良磁针， 必须从这根本问题着手。他提出用细头发 丝或丝线悬挂磁针。同时他对磁力进行深 入细致的研究，特别注意了温度对磁体性 质的影响。
卡文迪什把自己的研究成果捂得如此严实，以致于电学 的历史失去了本来面目。”卡文迪什性情孤僻，很少与人 交往，唯独与米切尔来往密切，他们共同讨论，互相勉励。 米切尔当过卡文迪什的老师，为了“称衡”星体的重量， 曾从事大量天文观测。他们的共同理想是要把牛顿的引力 思想从天体扩展到地球，进而扩展到磁力和电力。米切尔 发现了磁力的平方反比定律，但他没能完成测量电力和地 球密度的目标。卡文迪什正是为了实现米切尔和他自己的 愿望而从事研究。可以说，米切尔和卡文迪什是在牛顿的 自然哲学的鼓舞下坚持工作的。
牛顿的思想在卡文迪什和另一位英国科学家米切尔的活动 中得到了体现。米切尔是天文学家，也对牛顿的力学感兴 趣。在 1751年发表的短文《论人工磁铁》中，他写道①： “每一磁极吸引或排斥，在每个方向，在相等距离其吸力 或斥力都精确相等……按磁极的距离的平方的增加而减 少，”他还说：“这一结论是从我自己做的和我看到别人 做的一些实验推出来的。……但我不敢确定就是这样，我 还没有做足够的实验，还不足以精确地做出定论。”既然 实验的根据不足，为什么还肯定磁力是按距离的平方成反 比地减少呢？甚至这个距离还明确地规定是磁极的距离， 可是磁极的位置又是如何确定的呢？显然，是因为米切尔 先已有了平方反比的模式。
他们证实了磁力和电力这些长程力跟引力具有同一类型 的规律后，并不认为达到了最终目标，还力图探求牛顿提 出的短程力。卡文迪什在他未发表的手稿中多处涉及动力 学、热学和气体动力学，都是围绕着这个中心，只是没有 明确地表达出来。米切尔则把自己对短程力的普遍想法向 普利斯特利透露过，在普利斯特利的著作——1772年发表 的《光学史》一书中记述了米切尔的思想。
直到19世纪中叶，开尔文（即W.汤姆生）发现卡文迪什 的手稿中有圆盘和同半径的圆球所带电荷的正确比值，才 注意到这些手稿的价值，经他催促，才于1879年由麦克斯 韦整理发表。卡文迪什的许多重要发现竟埋藏了一百年之 久。对此，麦克斯韦写道①：“这些关于数学和电学实验 的手稿近20捆，”其中“物体上电荷（分布）的实验，卡 文迪什早就写好了详细的叙述，并且费了很大气力书写得 十分工整（就象要拿出去发表的样子），而且所有这些工 作在1774年以前就已完成，但卡文迪什（并不急于发表） 仍是兢兢业业地继续做电学实验，直到1810年去世时，手 稿仍在他自己身边。”卡文迪什出生于贵族家庭，家产厚 禄，他都没有兴趣，一心倾注在科学研究之中。早年攻化 学和热学，发现氢氧化合成水。

他又发现线扭转时的扭力和针转过的角度 成比例关系，从而可利用这种装置算出静 电力或磁力的大小。这导致他发明了扭秤， 扭秤能以极高的精度测出非常小的力。由 于成功地设计了新的指南针结构以及在研 究普通机械理论方面作出的贡献，1782年， 他当选为法国科学院院士。为了保持较好 的科学实验条件，他仍在军队中服务，但 他的名字在科学界已为人所共知。
源自文库
1789年法国大革命爆发，库伦隐居在自己的领地里， 每天全身心地投入到科学研究的工作中去。同年， 他的一部重要著作问世，在这部书里，他对有两种 形式的电的认识发展到磁学理论方面，并归纳出类 似于两个点电荷相互作用的两个磁极相互作用定律。 库仑以自己一系列的著作丰富了电学与磁学研究的 计量方法，将牛顿的力学原理扩展到电学与磁学中。 库仑的研究为电磁学的发展、电磁场理论的建立开 拓了道路。这是他的扭秤在精密测量仪器及物理学 的其它方面也得到了广泛的应用。

早期 库仑在1736年6月14日生于法国昂古莱姆。 库仑家里很有钱，在青少年时期，他就受 到了良好的教育。他后来到巴黎军事工程 学院学习，离开学校后，他进入西印度马 提尼克皇家工程公司工作。工作了八年以 后，他又在埃克斯岛瑟堡等地服役。这时 库仑就已开始从事科学研究工作，他把主 要精力放在研究工程力学和静力学问题上。
通过精密的实验对电荷间的作用力作了一 系列的研究，连续在皇家科学院备忘录中 发表了很多相关的文章。 1785年，库仑用自己发明的扭秤建立了静 电学中著名的库仑定律。同年，他在给法 国科学院的《电力定律》的论文中详细地 介绍了他的实验装置，测试经过和实验结 果。


扭秤实验
库仑定律是电学发展史上的第一个定量规 律，它使电学的研究从定性进入定量阶段， 是电学史中的一块重要的里程碑。电荷的 单位库仑就是以他的姓氏命名的。


库仑不仅在力学和电学上都做出了重大的贡献， 做为一名工程师，他在工程方面也作出过重要 的贡献。他曾设计了一种水下作业法。这种作 业法类似于现代的沉箱，它是应用在桥梁等水 下建筑施工中的一种很重要的方法。 库伦土压力理论 根据极限平衡的概念，并假定滑动面为平面， 根据滑动楔体的力系平衡，求算出挡土墙上的 土压力。
他后来做的电学实验有：电阻测量，比欧姆早几十年得到 欧姆定律；研究电容的性质和介质的介电常数，引出了电 位的概念；他发现金属的温度越高，导电能力越弱，等等。 他的同心球实验比库仑用扭秤测电力的实验早11年，而且 结果比库仑精确。对于卡文迪什把全付心身倾注在科学研 究工作上的这种精神，麦克斯韦写道②：“卡文迪什对研 究的关心远甚于对发表著作的关心。他宁愿挑起最繁重的 研究工作，克服那些除他自己没有别人会重视甚至也没有 别人知道的那些困难。我们毋庸怀疑，他所期望的结果一 旦获得成功，他会得到多么大的满足，但他并不因此而急 于把自己的发现告诉别人，不象一般搞科研的人那样，总 是要保证自己的成果得到发表。
他还给我们留下了不少宝贵的著作，其中 最主要的有《电气与磁性》一书，共七卷， 于1785年至1789年先后公开出版发行。 1806年8月23日，库仑因病在巴黎逝世，终 年七十岁。

库仑是十八世纪最伟大的物理学家之一， 他的杰出贡献是永远也不会磨灭的。