Основной закон электростатики, известный как закон Кулама, был открыт с помощью экспериментов, использующих установку, называемую "кулоновская установка". Ниже приведено краткое описание такой установки и эксперимента.
Кулоновская установка
Составные части установки:
- Две заряженные сферы (обычно сделанные из металла), которые могут быть соединены с источником заряда.
- Подвес, который позволяет одной из сфер свободно двигаться — это часто делается с помощью тонкой нити или стержня.
- Измерительное устройство, такое как гальванометр, для определения силы взаимодействия между зарядами.
Принцип работы:
- Зарядите одну из сфер, например, подключив ее к источнику постоянного тока. Затем зарядите вторую сферу, при этом она должна быть неподвижной.
- После зарядки, из-за электростатического взаимодействия, обе сферы будут притягиваться или отталкиваться друг от друга в зависимости от их зарядов (одинаковые заряды отталкиваются, разные привлекаются).
- Измеряя угол отклонения одной из сфер (если она висящая), можно увидеть, как сила взаимодействия зависит от расстояния между ними и величины зарядов.
Экспериментальные наблюдения:
- С увеличением расстояния между заряженными сферами сила взаимодействия уменьшается. Это подтверждает, что электростатическая сила обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами.
- Увеличение величины зарядов приводит к пропорциональному увеличению силы взаимодействия.
Заключение
На основе этих наблюдений Кулон сформулировал свой закон: сила взаимодействия между двумя точечными зарядами пропорциональна произведению величин зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Это стало основой для понимания электрических сил и полей в физике.