庫侖(英文:),是電荷的單位,縮寫為庫侖,符號為C,為紀念法國物理學家查爾斯·奧古斯丁·庫侖而命名。
查爾斯·奧古斯丁·庫侖(1736-1806)是法國物理學家和工程師。他于 1736 年 6 月 14 日出生于法國昂古萊姆。他于 1806 年 8 月 23 日在巴黎去世。
本系列以庫侖大師作為開篇,一方面是因為電荷是電的基本單位,另一方面也因為庫侖大師確實是一位鼓舞人心的榜樣。
庫倫家族非常富有,可以說是典型的“富二代”,本來可以就這樣過著游手好閑、等死的生活,但他卻堅持靠自己的能力謀生,并不是那種給他5個億就能賺到40億的人。
庫侖少年時期是個受過良好教育的優等生,沒有任何關系和金錢物理學家與單位,考上了好學校。后來,他進入了巴黎??軍事工程學院。離開學校后物理學家與單位,他覺得呆在家里當“富二代”太沒有希望了,于是加入了西印度群島馬提尼克皇家工程公司當工人。
八年后,庫侖依然滿懷激情,服役于軍隊。不過,即便在軍隊,庫侖依然從事科學研究,主要研究方向是工程力學和靜力學。庫侖提出了一種計算物體上應力和應變分布的方法,成為結構工程的理論基礎,并一直沿用至今。
1777年,法國科學院懸賞征集改進航海羅盤的方法。庫侖認為磁針支架在軸上必然產生摩擦,磁針的改進要從根本問題入手。他提出用細頭發絲或絲線來懸掛磁針。同時,他對磁力進行了深入細致的研究,特別注意溫度對磁體性質的影響。他還發現,金屬絲扭動時的扭矩與磁針的角度成正比,因此可用這種裝置計算靜電力或磁力的大小。這導致他發明了扭力天平,它可以以極高的精度測量非常微小的力。
由于他成功設計出新的指南針結構,以及對一般力學理論研究的貢獻,他于1782年當選為法國科學院院士,他的名字也隨著他的貢獻在科學界揚名。
庫侖在一根熒光棒兩端系上兩個平衡球,再把熒光棒懸掛在一條細線上,就像掛著兩個魚餌的魚線一樣。當沒有力作用在球上時,熒光棒處于平衡位置。如果兩個球中的一個帶電,在它附近放置另一個帶同樣電荷的小球,就會有電力作用在球上,球就能移動,使熒光棒繞懸掛點轉動,直到懸掛線的扭轉力與電力達到平衡。由于懸掛線很細,作用在球上的很小的力就能使熒光棒明顯偏離原來的位置,而轉動的角度與力的大小成正比。庫侖給可動小球和固定小球帶上不同的電荷,并改變它們之間的距離:
第一次,兩個球相隔36個刻度,測得銀線旋轉的角度為36度。
第二次,兩個球相距18個刻度留學之路,測得銀線的旋轉角度為144度。
第三次,兩球相距8.5個刻度,測得銀線旋轉角度為575.5度。
實驗表明,當兩電荷間的距離為4:2:1時,扭轉角為1:4:16。由于扭轉角與扭矩成反比,可得出兩電荷間的排斥力與距離的平方成反比。庫侖認為,第三次偏差是由于泄漏引起的。
經過這樣巧妙的布置、精心的實驗、反復的測量以及對實驗結果的分析,庫侖終于找到了誤差的原因,并進行了修正,最終確定了帶等量電荷的同類小球之間的排斥力。
但用扭秤測量不同電荷間的引力存在問題,因為導線扭轉的恢復力矩只與角度的一次方成正比,無法保證扭秤的穩定性。經過反復思考,庫侖發明了電擺,他用類似單擺的方法測定不同電荷間的引力也與它們距離的平方成反比。
最終,庫侖發現了真空中兩個點電荷之間的相互作用力與這兩個點電荷所帶電荷量以及它們之間距離之間的定量關系,這就是靜電學中的庫侖定律,即兩個電荷之間的力與這兩個電荷的乘積成正比,與它們之間距離的平方成反比。
庫侖定律是電學史上第一條定量定律,使電學研究由定性走向定量,是電學史上的重要里程碑。電荷的單位庫侖就是以他的姓氏命名的。
1789年,法國大革命爆發,庫侖隱居在自己的領地里,每天埋頭于科學研究。同年,他的重要著作之一問世。在這本書中,他把對電的兩種表現形式的認識發展為磁的理論,總結出類似于兩個點電荷相互作用的兩磁極間相互作用規律。庫侖用他的一系列著作豐富了電磁研究的計量方法,把牛頓的力學原理推廣到電和磁領域。庫侖的研究為電磁學的發展和電磁場理論的建立鋪平了道路。
庫侖不僅在力學、電學方面做出了重大貢獻,而且作為工程師,他在工程學上也做出了重要貢獻。他設計了一種水下作業方法,這種作業方法類似于現代沉箱,是橋梁等水下施工中采用的一種非常重要的方法。他還提出了土壓力理論,該理論以極限平衡概念為基礎,假設滑動面為平面,根據滑動楔的力系平衡,計算擋土墻上的土壓力。
庫侖作為一名“富二代”,能夠擺脫金錢的束縛,憑借自己的努力在科學領域取得如此偉大的成就,我們還有什么理由不為自己的世界而奮斗呢?