История закона Кулона – фундаментального закона природы

Закон Шарля Кулона

Закон Кулона – это фундаментальный закон природы с поучительной историей открытий. Хотя она проста по форме, но глубока по содержанию. Предлагаемый исторический экскурс может раскрыть ее с достаточной полнотой.

В предыдущем обзоре было описано происхождение гипотезы электрической жидкости. Считалось, что электрические явления обязаны своим происхождением существованию невесомых жидкостей, частицы которых взаимодействуют друг с другом силами притяжения и отталкивания. Естественно, чтобы построить теорию электричества, нужно было прежде всего вывести закон взаимодействия.

Бернулли (1700-1782) заявил, что он, используя специально разработанный электрометр, установил квадратичный закон взаимодействия между наэлектризованными телами. Однако он не опубликовал свои результаты.

В 1767 году в Англии была опубликована книга химика, физика и философа Джозефа Пристла (1733-1804) “история и современное состояние электричества с оригинальными экспериментами”. В этой книге описывается эксперимент, который Пристли провел по совету Франклина. Заряжался хорошо изолированный полый металлический сосуд. Пробковые шарики были введены внутрь сосуда. Шары вообще не испытывали никакой силы, хотя снаружи она была значительной.

Идея этого эксперимента была подсказана теорией тяготения Ньютона. Дело в том, что, согласно Ньютону, гравитационные силы, действующие на материальную точку, расположенную внутри полой сферы, уравновешены.

Отсюда. Пристли приходит к гипотезе, что “электричество-это явление, которое следует тому же закону, что и гравитация”, то есть электрическая сила, как и гравитация, изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния.

Эту идею развил английский ученый Генри Кавендиш (1731 – 1810). Кавендиш не опубликовал многих своих исследований по электричеству. Почти сто лет рукописи хранили интересные результаты, пока Максвелл не опубликовал их, снабдив комментариями.

Кавендиш изменил опыт Пристли так, чтобы он мог судить о законе, который подчиняется взаимодействию электрических зарядов. Точность измерительного устройства позволила Кавендишу установить, что закон взаимодействия должен иметь вид: где n не может быть больше 1/50. Это и есть предыстория открытия.

Закон был найден Чарльзом Августином кулоном (1736-1806): кулон родился в Ангулеме. После окончания средней школы он поступил на военную службу. В Париже он получил инженерное образование и был направлен на остров Мартиника для строительства укреплений. Из-за плохого самочувствия кулон вернулся во Францию в 1776 году и был назначен инженером по фортификационным сооружениям и гидротехническим сооружениям. Одновременно со службой кулон начал исследования. Поначалу его привлекали проблемы трения, кручения и сопротивления материалов. Кулон является автором нескольких выдающихся исследований этих проблем. Его имя стало известно в научном мире в 1777 году после публикации работ, в которых были представлены результаты экспериментов по измерению кручения волос, шелковых нитей и металлических проволок. В 1781 году он получил награду за эти работы и стал членом Парижской Академии наук.

Кулон обратился к вопросам электричества и магнетизма в связи с объявленным Академией наук конкурсом на лучшую конструкцию корабельного компаса.

Торсионные испытания нитей, нахождение пропорциональности между моментом скручивания силы и углом, привели кулона к изобретению торсионных гирь, с помощью которых он провел между 1785 – 1789 гг. точные измерения электрических и магнитных сил.

Подвеске удалось создать крутильные весы с такой тонкой резьбой, что угол в 1 ° соответствовал силе порядка 10-11 Н.

История закона Кулона

Взаимодействие заряженных тел изучалось с помощью установки. Стеклянный цилиндр а высотой около 30 см закрыт стеклянной крышкой с с цилиндрической подставкой длиной около 0,5 м, в которой свободно висит серебряная проволока. Сверху к проволоке прикреплена головка В,которая может вращаться вокруг оси цилиндра, а снизу к проволоке подвешено коромысло Р. На одном конце находится изолированный шар, который электризуется, а на другом-небольшой диск g, служащий противовесом (коромысло было сделано из шелковой нити, покрытой сургучом)

Угол поворота головки b с прикрепленным к ней проводом можно отметить с помощью указателя a. для считывания угла поворота коромысла на окружности цилиндра строятся градусные деления Q.

Эксперименты проводились следующим образом. Через отверстие в крышке цилиндра был введен наэлектризованный шарик d, идентичный шарику на балке. При соприкосновении шары получали одинаковые заряды и отталкивались, при этом по градусной шкале кулона регистрировался угол отклонения 36 °. Далее головку с проволокой крутили в направлении, противоположном отклонению луча, пока угол отклонения шарика не стал равен 18 °. Расстояние между шариками уменьшилось вдвое, а сила кручения проволоки увеличилась в четыре раза и т. д. Отсюда кулон заключил: “сила отталкивания двух маленьких, одинаково наэлектризованных шаров s обратно пропорциональна квадрату расстояния между центрами обоих шаров.”

Этот результат был опубликован в первых мемуарах кулона. Во втором мемуаре, который последовал вскоре, кулон утверждает, что найденный закон справедлив и для случая взаимодействия противоположно наэлектризованных шаров.

Но результат, сформулированный кулоном, все еще не является искомым законом. Пока мы говорим о взаимодействии заряженных шаров, нам нужно найти закон взаимодействия зарядов. Теперь мы знаем, что заряды связаны с элементарными частицами материи. Если, например, один электрон взять из определенного тела, то он будет иметь положительный заряд Е0 = 1.6.10 -19 к. при этом не имеет значения, что это за тело: железо, дерево, медь, свинец и т. д.

Подвеска не знает, как вещество шаров связано с электрической жидкостью. Поэтому, чтобы перейти к обобщению полученного результата, необходимы дополнительные исследования. Теперь мы должны показать, что взаимодействие заряженных шаров не зависит от материала, из которого они сделаны. Здесь требовались не только эксперименты, но и определенные теоретические идеи.

Кулон впервые убедительно показывает, что вся совокупность фактов, обнаруженных в области электричества, может быть связана только в том случае, если будет принята гипотеза о существовании двух типов электричества, а следовательно, и двух типов частиц невесомой электрической жидкости. Он называет эти частицы “молекулами электричества”.”Какова бы ни была причина возникновения электричества, – пишет он, – мы можем объяснить все явления, предположив, что существуют две электрические жидкости; части одной и той же жидкости отталкиваются одна от другой обратно пропорционально квадрату расстояния и притягивают части противоположной жидкости по тому же закону обратных квадратов.”

Кулон считает, что эти жидкости могут свободно перемещаться в организме относительно неподвижных частиц вещества. Уверенность в том, что закон взаимодействия заряженных шаров идентичен закону взаимодействия зарядов, дало исследование законов распределения зарядов в телах.

Подвеска, независимо от Кавендиша, устанавливает, что статический заряд расположен на внешней поверхности проводника, а плотность заряда зависит от кривизны поверхности. Его опыт почти в точности повторяет опыт Кавендиша. Изолированный металлический шар а закрывается двумя металлическими полусферами В и С. система заряжается; затем полусферы удаляются. На шаре а заряд не обнаружен. Такой же результат получается, если зарядить шар а, закрыть его полусферами,а затем удалить их. Если заряд распределен по поверхности, то взаимодействие заряженных тел не должно зависеть от их качества. Можно сказать, что взаимодействие шаров осуществляется только зарядами на их поверхности; качество того, что содержится внутри этих поверхностей, безразлично. Гравитация практически не влияет на электрическую силу. Между массами шаров гравитационное взаимодействие ничтожно мало, между шарами и Землей оно уравновешивается силой натяжения нитей.

Далее нужно было убедиться, что при соприкосновении одинаковых шариков заряд распределяется равномерно. Ведь до сих пор не существует понятий электрической мощности и потенциала, и то, что сегодня кажется нам очевидным, должно было быть доказано опытом.

Кулон изучает распределение заряда при соприкосновении двух тел. Он находит, что заряды распределяются равномерно, Если сферы имеют одинаковые радиусы. Наконец, необходимо было изучить распределение электрической силы вблизи поверхности заряженного проводника. Ведь закон устанавливался при наблюдении взаимодействия шаров, и нужна была уверенность в симметрии силового поля, потому что только тогда выполнялось бы условие точечной природы зарядов. Кулоном установлено, что электрическая сила действует в направлении, перпендикулярном поверхности проводника. Этот факт уже был обоснован в теории электромагнитных полей.

Взаимодействие точечных зарядов

Особенно длительными и трудоемкими были наблюдения за утечкой заряда. Кулон хорошо понимал, что закон может быть установлен только при условии сохранения количества электричества на взаимодействующих телах. И он тщательно изучил возможности ее сохранения. В то же время он открыл новую истину: воздух не является идеальным изолятором, часть заряда неизбежно просачивается в него. Правда, кулон еще не представлял поверхностную проводимость диэлектриков. Он считал, что влажность воздуха увеличивает утечку заряда через воздух. Но он знал условия, при которых эксперимент может быть проведен правильно, с наименьшими поправками в результатах измерений. Это зависит от чувствительности устройства.

Закон Кулона – один из фундаментальных законов природы

Особенно важно зафиксировать его на уровне понимания. Необходимо иметь в виду следующие методологические трудности.

1. Кулон измерил силу взаимодействия заряженных шаров и пришел к закону взаимодействия электрических зарядов – “количества электричества”.

Закон был получен в предположении, что силой притяжения между шарами можно пренебречь. Когда была измерена гравитационная постоянная, установлены единицы измерения, это интуитивное предположение было количественно оценено. Мы получили право сказать, вместо “взаимодействия заряженных тел “ – ”взаимодействие зарядов”.

Чтобы сохранить точность физического словаря, необходимо подчеркнуть, что когда заряженные микрочастицы движутся в электрическом и магнитном полях, мы больше не можем говорить “движение заряда”. Действительно, Второй закон Ньютона, который управляет этим движением (если он не релятивистский), записан как:

  • для электрического поля
  • для магнитного поля. В обоих случаях ускорение заряженной частицы зависит не только от ее заряда, но и от массы.

2. Далеко не очевидно, что закон, установленный на основе экспериментов с макроскопическими телами, справедлив для взаимодействия заряженных микрочастиц. Однако в эпоху классической физики никаких проблем не возникало, поскольку ученые исходили из предположения, что законы макро – и микромира идентичны. Как известно, это предположение было отвергнуто в связи с развитием квантовой и релятивистской механики. Однако закон Кулона оказался в определенных пределах для микромира.

В 1910 году, перед проведением своих знаменитых экспериментов, Резерфорд построил теорию взаимодействия? Частицы с атомными ядрами. Более того, он исходил из предположения, что закон Кулона действует на расстояниях порядка диаметра атома. Эта теория была блестяще подтверждена экспериментами, которые привели к открытию строения атома.

Современная физика считает, что закон Кулона перестает действовать только на расстояниях порядка диаметра атомных ядер, в области действия ядерных сил.

3. Следует подчеркнуть, что закон Кулона является отправной точкой для установления абсолютной единицы заряда, которая является основной единицей измерения абсолютных значений всех электрических величин. Этот вопрос достаточно подробно освещен в очерке ” история систем измерения физических величин.”

Открытие взаимодействия неподвижных электрических зарядов относительно друг друга было сделано под непосредственным влиянием идей Ньютона и, в частности, его закона всемирного тяготения. Можно сказать, что это открытие было осуществлено без особого труда. В середине XVIII века уже высказывалось предположение, что закон взаимодействия зарядов аналогичен закону всемирного тяготения. Первым это экспериментально доказал англичанин Кевен-Диш. Но этот выдающийся ученый отличался и выдающимися странностями. Преданность своей науке была просто фанатичной. Поэтому, чтобы сэкономить время, он объяснился со своим домом раз и навсегда установленными приметами. Кавендиш не печатал свою работу об электричестве. Более ста лет рукописи хранились в библиотеке Кембриджского университета, пока их не извлек Максвелл и не опубликовал. К этому времени закон взаимодействия зарядов был установлен во Франции кулоном и с тех пор носит его имя.

Сила кулоновского взаимодействия

Кулон достиг цели более простым, хотя и менее строгим способом, чем Кавендиш. Мы остановимся на экспериментах кулона.

Открытие закона кулоном было облегчено тем, что силы взаимодействия между зарядами велики. Поэтому не было необходимости использовать особо чувствительную аппаратуру, как при проверке закона всемирного тяготения в земных условиях. Простое устройство, названное кулоновским торсионным балансом, позволило ответить на вопрос о том, как взаимодействуют друг с другом неподвижные заряженные тела. Торсионные Весы – это просто палка, подвешенная на тонкой эластичной проволоке, на одном конце которой закреплен заряженный металлический шар, а на другом-противовес. Еще один шар неподвижно закреплен возле весов. Сила взаимодействия измерялась путем скручивания проволоки, а также исследовалась зависимость силы от расстояния и величины зарядов. Они знали, как измерить силу и расстояние. Единственная трудность была с зарядом. Кулон действовал просто и остроумно. Он изменил заряд одного из шаров 2, 4 и т. д. раз, соединяя его с тем же незаряженным шаром. При этом заряд распределялся равномерно между шариками, что уменьшало размер исследуемого заряда в определенном соотношении. В то же время наблюдалось, как изменяется сила.

Эксперименты кулона привели к открытию закона, поразительно напоминающего закон всемирного тяготения. Сила взаимодействия неподвижных заряженных тел прямо пропорциональна произведению их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Следует сразу отметить, что закон Кулона, как и закон Ньютона, справедлив только для “точечных” зарядов, то есть для зарядов, геометрические размеры которых малы по сравнению с расстоянием между ними. В общем случае сила зависит от геометрических размеров и формы заряженных тел. Его обычно называют кулоном.

Открытие закона кулона впервые позволило нам рассматривать заряд как некую величину – измерить его.

Для этого у вас должна быть единица измерения. Эта единица также позволяет установить закон Кулона. Ведь практически невозможно создать эталон заряда, аналогичный эталону длины-метру, из-за всегда имеющейся утечки заряда. Было бы естественно принять заряд электрона за единицу заряда (это сейчас делается в атомной физике), но в то время ничего не было известно о разрывной структуре электричества. За единицу заряда был взят такой заряд, который действует на равных основаниях в пустоте на расстоянии 1 сантиметра с силой одной единицы-Дина *). В этой системе единиц заряд электрона равен 4,8 10 -10. Это очень, очень маленькая сумма.

Основной закон электростатики – закон Кулона, был установлен французским физиком кулоном в 80-х годах XVIII века.

Однако история его открытия начинается раньше. Эта история показывает один из путей развития физики – путь применения аналогии, о котором мы упоминали выше.

Мы видели, что Эпинус уже знал, что сила взаимодействия между электрическими зарядами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. И эта гипотеза возникла на основе некоторой аналогии между гравитационными силами и электрическими силами.

Но аналогия не является доказательством. Вывод из аналогии всегда требует проверки. Полагаясь только на аналогию, можно прийти к неверным результатам. Эпин не проверял достоверности этой аналогии, и поэтому его утверждение было только гипотетическим.

Иначе действовал английский ученый Генри Кавендиш (1731-1810). Он также исходил из аналогии между гравитационными силами и силами электрического взаимодействия. Но он пошел дальше Эпина и проверил на опыте выводы, вытекающие из него.

Давайте дадим представление об исследовании, проведенном Кавендишем.

Было известно, что если взять полый шар с равномерно распределенной массой, то есть с постоянной плотностью, то сила тяжести, действующая внутри шара на любую массу, будет равна нулю. Это следует из простых соображений. Давайте попробуем их понять.

Представьте себе снова тонкий сферический слой, на поверхности которого равномерно распределен электрический заряд. Поместите еще один заряд внутри этого слоя. Если сила взаимодействия между зарядами обратно пропорциональна квадратам расстояний между ними, то, по аналогии с n, сила, действующая на него с помощью арт вдоль сферического слоя, будет равна нулю. Если вы поместите внутри слоя второй такой же заряд того же знака, то они будут отталкиваться друг от друга и двигаться в противоположных направлениях.

Кавендиш в 70-х годах XVIII века делал такой опыт. Он взял заряженный металлический шар и поместил его в полый металлический шар, образованный двумя полусферами. Внешний полый шар сначала не заряжался.

Затем внутренняя сфера соединялась тонким проводом с внешней сферой, для чего в последней делалось небольшое отверстие. Через некоторое время полушария были разъединены, и внутренний шар был выпущен. После этого они соединили его с электроскопом.

Что же показал электроскоп? Если верно предположение, что силы взаимодействия между зарядами (в данном случае силы отталкивания) обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними, то электроскоп покажет отсутствие заряда.

Действительно, как только внутренний шар был соединен проводом с полушариями, теперь электричество начало течь от шара по проводу к полушариям, равномерно распределяясь между ними. Действительно, между зарядами, расположенными на контейнере, действовала сила отталкивания, но пока шар был изолирован, заряды не могли его покинуть. Оказавшись на внешнем шаре, заряды равномерно распределились по его поверхности, и их воздействие на заряд внутри шара прекратилось.

Поток зарядов от внутреннего шара к внешнему будет происходить до тех пор, пока все они не покинут внутренний шар. Следовательно, Кавендиш пришел к выводу, что силы взаимодействия между электрическими зарядами обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними.

Таким образом, мы должны сказать, что Кавендиш был первым, кто экспериментально установил закон взаимодействия электрических зарядов. Однако свое открытие он не раскрыл. И эта работа оставалась неизвестной еще при его жизни. Они узнали о нем гораздо позже, только в середине прошлого века, после того, как его опубликовал Максвелл. Конечно, к этому времени у нее уже был чисто исторический интерес.

Не зная об исследованиях Кавендиша, французский ученый Шарль Кунон (1736 – 1806) в 80-х гг. XVIII века провел серию экспериментов и установил основной закон электростатики, получивший его имя.

Кулонов установил, во-первых, что сила взаимодействия точечных зарядов обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Эта сила будет силой отталкивания, если заряды имеют одно и то же название, и силой притяжения, если заряды противоположны.

Во-вторых, кулоном ввел понятие количества электричества и определил, что сила взаимодействия зарядов пропорциональна их величине.

Кулонов также экспериментально исследовал силы взаимодействия между магнитами. Основываясь на экспериментальных данных и предполагая, что наряду с электрическими существуют магнитные заряды, кулон пришел к выводу, что силы взаимодействия между магнитными зарядами или магнитными массами также обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними.

В связи с этим закон Кулона для взаимодействия магнитов стал выражаться как закон взаимодействия между магнитными массами m1 и m2 в виде формулы.

Впоследствии, уже в XIX веке. оказалось, что магнитных зарядов не существует. Но закон Кулона для магнитов продолжал использоваться, хотя ему уже был придан иной смысл, чем тот, который кулон вложил в него.

Закон кулона

Л. Эйлер xix в. В середине XVIII в., как и Ломоносов, отстаивал теорию ближнего действия. Он предположил существование эфира, движение и свойства которого объясняли наблюдаемые электрические явления. Однако теоретические концепции Ломоносова и Эйлера в то время не могли быть развиты.

Вскоре был открыт закон Кулона xx. Она была по своей форме такой же, как закон тяготения, и, естественно, ее понимание было таким же, как понимание закона тяготения. Таким образом, закон Кулона был воспринят как доказательство теории дальнего действия. После открытия закона кулона теория двойного действия полностью вытесняет теорию ближнего действия. И только в XIX веке. Фарадей возрождает теорию малых расстояний, но ее всеобщее признание начинается во второй половине 19 века, после экспериментального доказательства теории Максвелла.

История открытия закона Кулона

Основной закон электростатики-закон Кулона – это закон взаимодействия точечных электрических зарядов, открытый кулоном в 1785 году.

Проведя большое количество экспериментов с металлическими шариками, Шарль кулон дал следующую формулировку закона:

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Важно отметить, что для того, чтобы закон был истинным, необходимо: :

Точность зарядов – то есть расстояние между заряженными телами гораздо больше, чем их размер, их неподвижность. В противном случае, возникающее магнитное поле движущегося заряда уже должно быть учтено.

В векторной форме закон записывается следующим образом:

Электрический заряд и его свойства

Хотя 5-й закон был установлен французским физиком кулоном в 80-х гг. XVIII в. Однако история его открытия начинается раньше. Эта история показывает один из способов, которым развивается физика – способ применения аналогии, о котором мы упоминали выше. Мы видели, что Эпин уже знал, что сила взаимодействия между электрическими зарядами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. И эта гипотеза возникла на основе некоторой аналогии между гравитационными силами и электрическими силами. Но эта аналогия не является доказательством. Вывод по аналогии всегда требует проверки. Основываясь только на аналогии ,. Вы можете прийти к неверным результатам. Эпин не проверял достоверность этой аналогии, и поэтому его утверждение было лишь гипотетическим. Английский ученый Генри Кавендиш xxi (1731-1810) поступил иначе. Он также исходил из аналогии между силами тяги и силами электрического взаимодействия. Но он пошел дальше Эпина и проверил на опыте вытекающие из него выводы. Давайте дадим представление о том, что ​​исследование, проведенное Кавендишем. Было известно, что если взять полый шар с равномерно распределенной массой, т. е. с постоянной плотностью, то сила тяжести, действующая внутри шара на любую массу, будет равна нулю.

Это следует из простых соображений. Давайте попробуем их понять. Представьте себе очень тонкий сферический слой, образованный двумя очень близкими сферами, имеющими один и тот же центр. Пусть, например, радиус внешней сферы равен R, а толщина слоя d. плотность материала, из которого состоит шаровой слой, равна g.

Определим гравитационную силу, действующую со стороны нашего слоя на материальную точку, расположенную внутри него в некоторой точке а.

Для этого проведите линию через точку А и центр 0. Эта прямая линия пересечет внешнюю сферу в двух точках C и C. Теперь на поверхности сферы вокруг точки C мы построим очень маленький четырехугольник 1, настолько маленький, что его можно считать плоским квадратом. Обозначим углы этого квадрата через d1, d2, d3, d4. Пусть его площадь S, объем соответствующего элемента сферического слоя V. Тогда мы проведем прямые линии через точку a и точки d1, d2, d3, d4. Эти линии пересекают сферу во второй раз в точках d1, d2, d3, d4 “. Соединяя эти точки, мы получаем второй четырехугольник 2, который также можно рассматривать как плоский квадрат. Пусть его площадь равна S, а соответствующий элемент объема сферического слоя равен V “. Нетрудно видеть, что гравитационная сила, действующая на массу m, расположенную в точке а, со стороны элементов сферического слоя V и V, будет равна нулю. Действительно, массы этих элементов будут называться квадратами квадратов S и S “. В свою очередь, квадраты квадратов S и S “будут прямо пропорциональны квадратам их сторон, следовательно, прямо пропорциональны квадратам расстояний этих элементов до точки a – Ca и C” Таким образом, гравитационные силы, действующие на массу со стороны элементов 1 и 2, будут прямо пропорциональны квадратам расстояний этих элементов до точки A.

Но с другой стороны, эти силы по закону всемирного тяготения должны, наоборот, быть обратно пропорциональны квадратам расстояний этих элементов до точки А. Учитывая, что силы, действующие со стороны противоположных элементов, имеют противоположные направления, мы приходим к выводу, что сумма этих сил должна быть равна нулю. Отсюда сразу же следует общий вывод о том, что гравитационная сила, действующая на массу, помещенную внутрь сферического слоя, равна нулю. Действительно, потому что мы можем разделить весь сферический слой на мелкие элементы, подобные элементам 1. И для любого элемента всегда существует другой элемент, действие которого на массу будет совершенно противоположным. В результате этого гравитационная сила, действующая на массу внутри сферического слоя, будет равна нулю. Вот к такому результату мы и пришли. Необходимо только подчеркнуть, что этот результат справедлив для случая, когда сила обратно пропорциональна квадрату расстояния. Если бы сила была пропорциональна расстоянию в другой степени, мы бы не получили такого результата. Мы можем сразу же перенести этот вывод на случай электрических сил. Представьте себе снова тонкий сферический слой, на поверхности которого равномерно распределен электрический заряд.

Поместите еще один заряд внутри этого слоя. Если сила взаимная то действие между зарядами обратно пропорционально квадратам расстояний между ними, то, по аналогии с n, сила, действующая на него с искусством вдоль сферического слоя, будет равна нулю. Если вы поместите внутри слоя второй такой же заряд того же знака, то они будут отталкиваться друг от друга и двигаться в противоположных направлениях. Кавендиш в 70-х годах XVIII века делал такой опыт. Он взял заряженный металлический шар и поместил его в полый металлический шар, образованный двумя полусферами. Внешний полый шар сначала не заряжался. Затем внутренняя сфера соединялась тонким проводом с внешней сферой, для чего в последней делалось небольшое отверстие.

Через некоторое время полушария были разъединены, и внутренний шар был выпущен. После этого они соединили его с электроскопом. Что же показал электроскоп? Если верно предположение, что силы взаимодействия зарядов (в данном случае силы отталкивания) обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними, то электроскоп покажет отсутствие заряда. Действительно, как только внутренний шар был соединен проводом с полушариями, теперь электричество начало течь от шара по проводу к полушариям, равномерно распределяясь между ними.

Действительно, между зарядами, расположенными на контейнере, действовала сила отталкивания, но пока шар был изолирован, заряды не могли его покинуть. Оказавшись на внешнем шаре, заряды равномерно распределились по его поверхности, и их воздействие на заряд внутри шара прекратилось. Поток зарядов от внутреннего шара к внешнему будет происходить до тех пор, пока все они не покинут внутренний шар. Следовательно, Кавендиш пришел к выводу, что силы взаимодействия между электрическими зарядами обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними. Таким образом, мы должны сказать, что Кавендиш был первым, кто экспериментально установил закон взаимодействия электрических зарядов. Однако свое открытие он не раскрыл. И эта работа оставалась неизвестной еще при его жизни. Они узнали о нем гораздо позже, только в середине прошлого века, после того, как его опубликовал Максвелл. Конечно, к этому времени у нее уже был чисто исторический интерес. Не подозревая об исследованиях Кавендиша, французский ученый Шарль кулон (1736-1806) в 80-х годах прошлого века. В XVIII веке он провел ряд экспериментов и установил основной закон электростатики, который получил его имя. Кулонов установил, во-первых, что сила взаимодействия точечных зарядов обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Эта сила будет силой отталкивания, если заряды имеют одно и то же название, и силой притяжения, если заряды противоположны. Во-вторых, кулоном ввел понятие количества электричества и определил, что сила взаимодействия зарядов пропорциональна их величине. Кулонов также экспериментально исследовал силы взаимодействия между магнитами.

Основываясь на экспериментальных данных и предполагая, что наряду с электрическими существуют магнитные заряды, кулон пришел к выводу, что силы взаимодействия между магнитными зарядами или магнитными массами также обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними. В связи с этим закон Кулона для взаимодействия магнитов стал выражаться как закон взаимодействия между магнитными массами М1 и М2 в виде формулы: впоследствии, уже в 19 веке. оказалось, что магнитных зарядов не существует. Но закон Кулона для магнитов продолжал использоваться, хотя ему уже был придан иной смысл, чем тот, который кулон вложил в него.

Читайте также: