“第一次測試:分度頭指針指示0°,兩球相距為36°。
第二次測試:利用分度頭標記將懸絲沿著使兩球接近的方向轉過120°,此時兩木髓球相距為18°。
第三次測試:將懸絲轉過567°,這時兩小球接近至距離為8.5°”
我們可將上述測試結果歸納如下:
當力臂保持固定時,扭力與扭轉角成正比。從上述第一次和第二次的結果來看,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。第三組數據有點出 入,相差0.5°,庫侖將此解釋為小木球漏電的結果。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,其共同的結論是:同種電荷之間的斥力與它們距離平方呈反比關系。后來庫侖又將這個結論推廣到異種電荷的吸引力情況。
實驗次數
小球間距離
懸絲扭轉角
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”應該完整地表述如下:兩個點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。 自然科學的職能首先是總結關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。庫侖定律是電學中得到的第一個精確的定量規(guī)律,它的建立標志著電學從定性的觀察和實驗階段進入了定量的研究階段。
物理學中的普遍規(guī)律常常需用數學公式來表述。采用下式可完整而確切地表達出庫侖定律的內容 其中k為比例系數。庫侖假設力的大小與兩點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,因為當時并未定義關于電荷的量度。直接從庫侖定律出發(fā)定義電荷量度的思想,最早是由德國的數學家和物理學家高斯(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度的量度,從而建立了第一個合理的電磁學單位制——高斯制。在高斯單位制中,上述庫侖定律中的系數k=1。 不過,其后人們發(fā)現對于工業(yè)和日常的應用來說,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?。目前實際應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,而是通過電流強度的單位“安培”來定義的。當均勻導線中通有1安培的穩(wěn)恒電流時,每秒內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k不再是一個無量綱的常數,其值應由實驗確定。目前習慣上將k表示為 并稱e0為“真空電容率”。根據現代的精確測量,其值為e0=8.8541878×10-12法拉/米。