库仑扭秤实验

库仑扭秤实验

探究力学的科学实验
库仑扭秤实验,是库仑做的电力与磁力之间关系的一种科学实验。通过实验,库仑发现两磁铁之间的磁力与距离平方成反比的规律。
    中文名:库仑扭秤实验 外文名: 适用领域: 所属学科: 类别:一种科学实验 属于:库仑 发现:两磁铁磁力与距离平方成反比规律

发展历史

库仑所做的发现电力与磁力的平方反比定律的实验。1773-1777年间,库仑发明可精确测定微小力的扭秤。1785年用经改进的电扭秤发现,两电荷间的电力与它们各自电量的乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比。1787年又发现两磁铁之间的磁力与距离平方成反比的规律:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,作用力的方向沿着这两个点电荷的联线,。公式:F=k*(q1*q2)/r^2。若在电介质中,则为F=k*(q1*q2)/εr^2(ε为介电常数)。与万有引力定律有神秘关联。

库仑定律的实验验证:库仑定律是1784--1785年间库仑通过纽秤实验总结出来的。纽秤的结构如下图。在细银丝下悬挂一根绝缘棒,棒的一端是一个带电的小球A,另一端是一个不带电的球B,B与A所受的重力平衡。为了研究带电体之间的作用力,把另一个带电的金属球C插入容器并使它靠近球A时,A和C之间的作用力使悬丝扭转,转动悬丝上端的悬钮,使小球回到原来位置。这时悬丝的扭力矩等于施于小球A上电力的力矩。如果悬丝的扭力矩与扭转角度之间的关系已事先校准、标定,则由旋钮上指针转过的角度读数和已知的秤杆长度,可以得知在此距离下A、B之间的作用力。库仑定律COULOMB LAW

内容

库仑定律——描述真空中(干燥空气中近似适用)静止点电荷(或其一运动)之间的相互作用力的规律。真空中,点电荷q对q0的作用力为(1-1)其中,r——两点电荷之间的距离。r——从q到q0方向的矢径,=r/r是这方向的单位矢量k——静电力常量(k=9.0*10^9N*m^2/C^2)、(1-1)式表示:若q与q0同号,F10y沿r方向——斥力;

若两者异号,则F10沿-r方向——吸力.显然q0对q的作用力F01=-F10(1-2)在MKSA单位制中力F的单位:牛顿(N)=千克·米/秒2(kg·m/S2)(量纲:MLT-2)。

电量q的单位:库仑(C)。

定义:当流过某曲面的电流1安培时,每秒钟所通过的电量定义为1库仑,即1库仑(C)=1安培·秒(A·S)(量纲:IT)比例常数k=1/4pe0(1-3)e0=8.854187818(71)×10-12库2/牛·米2(通常表示为法拉/米)是真空介电常数(或称真空电容率),它与真空中光速c的关系为(1-4)C是一个基本的物理常数,m0为真空磁导率.现在(1-1)式写成(1-5)。

物理意义

(1)描述点电荷之间的作用力,仅当带电体的尺度远小于两者的平均距离,才可看成点电荷。

(2)描述静止电荷之间的作用力,当电荷存在相对运动时,库仑力需要修正为Lorentz力.但实践表明,只要电荷的相对运动速度远小于光速c,库仑定律给出的结果与实际情形很接近。

比较氢原子中质子与电子的库仑力和万有引力(均为距离平方反比力)。

据经典理论,基态氢原子中电子的“轨道”半径r≈5.29×10-11米。

核和电子的线度≤10-15米,故两者可看成“点电荷”。

两者的电量e≈±1.60×10-19库仑质量mp≈1.67×10-27千克me≈9.11×10-31千克。

万有引力常数G≈6.67×10-11牛·米2/千克2。

电子所受库仑力Fe=-e2r/4pe0r3电子所受引力Fg=-Gmpmer/r3。

两者之比:Fe/Fg=e2/4pe0Gmpme≈2.27×1039(1-6)。

可见,电磁力在原子、分子结构中起决定性作用。

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