庫(kù)侖(英文:),是電荷的單位,縮寫為庫(kù)侖,符號(hào)為C,為紀(jì)念法國(guó)物理學(xué)家查爾斯·奧古斯丁·庫(kù)侖而命名。
查爾斯·奧古斯丁·庫(kù)侖(1736-1806)是法國(guó)物理學(xué)家和工程師。他于 1736 年 6 月 14 日出生于法國(guó)昂古萊姆。他于 1806 年 8 月 23 日在巴黎去世。
本系列以庫(kù)侖大師作為開(kāi)篇,一方面是因?yàn)殡姾墒请姷幕締挝唬硪环矫嬉惨驗(yàn)閹?kù)侖大師確實(shí)是一位鼓舞人心的榜樣。
庫(kù)倫家族非常富有,可以說(shuō)是典型的“富二代”,本來(lái)可以就這樣過(guò)著游手好閑、等死的生活,但他卻堅(jiān)持靠自己的能力謀生,并不是那種給他5個(gè)億就能賺到40億的人。
庫(kù)侖少年時(shí)期是個(gè)受過(guò)良好教育的優(yōu)等生,沒(méi)有任何關(guān)系和金錢物理學(xué)家與單位,考上了好學(xué)校。后來(lái),他進(jìn)入了巴黎??軍事工程學(xué)院。離開(kāi)學(xué)校后物理學(xué)家與單位,他覺(jué)得呆在家里當(dāng)“富二代”太沒(méi)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(dāng)工人。
八年后,庫(kù)侖依然滿懷激情,服役于軍隊(duì)。不過(guò),即便在軍隊(duì),庫(kù)侖依然從事科學(xué)研究,主要研究方向是工程力學(xué)和靜力學(xué)。庫(kù)侖提出了一種計(jì)算物體上應(yīng)力和應(yīng)變分布的方法,成為結(jié)構(gòu)工程的理論基礎(chǔ),并一直沿用至今。
1777年,法國(guó)科學(xué)院懸賞征集改進(jìn)航海羅盤的方法。庫(kù)侖認(rèn)為磁針支架在軸上必然產(chǎn)生摩擦,磁針的改進(jìn)要從根本問(wèn)題入手。他提出用細(xì)頭發(fā)絲或絲線來(lái)懸掛磁針。同時(shí),他對(duì)磁力進(jìn)行了深入細(xì)致的研究,特別注意溫度對(duì)磁體性質(zhì)的影響。他還發(fā)現(xiàn),金屬絲扭動(dòng)時(shí)的扭矩與磁針的角度成正比,因此可用這種裝置計(jì)算靜電力或磁力的大小。這導(dǎo)致他發(fā)明了扭力天平,它可以以極高的精度測(cè)量非常微小的力。

由于他成功設(shè)計(jì)出新的指南針結(jié)構(gòu),以及對(duì)一般力學(xué)理論研究的貢獻(xiàn),他于1782年當(dāng)選為法國(guó)科學(xué)院院士,他的名字也隨著他的貢獻(xiàn)在科學(xué)界揚(yáng)名。
扭力平衡實(shí)驗(yàn)與庫(kù)侖定律
庫(kù)侖在一根熒光棒兩端系上兩個(gè)平衡球,再把熒光棒懸掛在一條細(xì)線上,就像掛著兩個(gè)魚餌的魚線一樣。當(dāng)沒(méi)有力作用在球上時(shí),熒光棒處于平衡位置。如果兩個(gè)球中的一個(gè)帶電,在它附近放置另一個(gè)帶同樣電荷的小球,就會(huì)有電力作用在球上,球就能移動(dòng),使熒光棒繞懸掛點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),直到懸掛線的扭轉(zhuǎn)力與電力達(dá)到平衡。由于懸掛線很細(xì),作用在球上的很小的力就能使熒光棒明顯偏離原來(lái)的位置,而轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與力的大小成正比。庫(kù)侖給可動(dòng)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(gè)球相隔36個(gè)刻度,測(cè)得銀線旋轉(zhuǎn)的角度為36度。
第二次,兩個(gè)球相距18個(gè)刻度留學(xué)之路,測(cè)得銀線的旋轉(zhuǎn)角度為144度。
第三次,兩球相距8.5個(gè)刻度,測(cè)得銀線旋轉(zhuǎn)角度為575.5度。
實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)兩電荷間的距離為4:2:1時(shí),扭轉(zhuǎn)角為1:4:16。由于扭轉(zhuǎn)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(kù)侖認(rèn)為,第三次偏差是由于泄漏引起的。

經(jīng)過(guò)這樣巧妙的布置、精心的實(shí)驗(yàn)、反復(fù)的測(cè)量以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,庫(kù)侖終于找到了誤差的原因,并進(jìn)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(cè)量不同電荷間的引力存在問(wèn)題,因?yàn)閷?dǎo)線扭轉(zhuǎn)的恢復(fù)力矩只與角度的一次方成正比,無(wú)法保證扭秤的穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)反復(fù)思考,庫(kù)侖發(fā)明了電擺,他用類似單擺的方法測(cè)定不同電荷間的引力也與它們距離的平方成反比。
最終,庫(kù)侖發(fā)現(xiàn)了真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力與這兩個(gè)點(diǎn)電荷所帶電荷量以及它們之間距離之間的定量關(guān)系,這就是靜電學(xué)中的庫(kù)侖定律,即兩個(gè)電荷之間的力與這兩個(gè)電荷的乘積成正比,與它們之間距離的平方成反比。
庫(kù)侖定律是電學(xué)史上第一條定量定律,使電學(xué)研究由定性走向定量,是電學(xué)史上的重要里程碑。電荷的單位庫(kù)侖就是以他的姓氏命名的。
1789年,法國(guó)大革命爆發(fā),庫(kù)侖隱居在自己的領(lǐng)地里,每天埋頭于科學(xué)研究。同年,他的重要著作之一問(wèn)世。在這本書中,他把對(duì)電的兩種表現(xiàn)形式的認(rèn)識(shí)發(fā)展為磁的理論,總結(jié)出類似于兩個(gè)點(diǎn)電荷相互作用的兩磁極間相互作用規(guī)律。庫(kù)侖用他的一系列著作豐富了電磁研究的計(jì)量方法,把牛頓的力學(xué)原理推廣到電和磁領(lǐng)域。庫(kù)侖的研究為電磁學(xué)的發(fā)展和電磁場(chǎng)理論的建立鋪平了道路。
庫(kù)侖不僅在力學(xué)、電學(xué)方面做出了重大貢獻(xiàn),而且作為工程師,他在工程學(xué)上也做出了重要貢獻(xiàn)。他設(shè)計(jì)了一種水下作業(yè)方法,這種作業(yè)方法類似于現(xiàn)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(chǔ),假設(shè)滑動(dòng)面為平面,根據(jù)滑動(dòng)楔的力系平衡,計(jì)算擋土墻上的土壓力。
庫(kù)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(xué)領(lǐng)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?
