登陆注册
2891400000012

第12章 发现库仑定律

带电体之间相互作用的情况是怎样的呢?先做一个有趣的实验:把半张干燥的报纸剪成十几个窄条,每条都不剪到头,使它们的上部仍旧连着。然后把剪过的报纸铺在门板上,用一只手按住上部,另一只手在纸条上来回刷一阵子。取下报纸,手捏住报纸上部,围成圆圈。这时,这些纸条不是竖直下垂,而是向四周散开,好像一条张开的“裙子”。假如你用带负电的橡胶棒从下面伸进“裙筒”,“裙子”张得更开了;如果用带正电的玻璃棒从下面伸进“裙筒”,还没等伸进去,纸条立刻都聚拢到玻璃棒上,经过摩擦的纸条带上了负电,就张成“裙子”,这是负电荷相互作用的结果。实验证明,带同种电荷的物体互相排斥,带异种电荷的物体互相吸引。带电体所特有的这种相互作用性质,简单叫做同性相斥、异性相吸。

库仑带电体之间相互作用力的大小,最早是在1785年,由法国物理学家库仑利用库仑扭秤测出的,他从中总结出了两个点电荷之间的相互作用定律。当带电体的大小比带电体之间距离小得多的时候,这些带电体就可以看成是点电荷,就是电荷好像集中在一个点上。

库仑指出,两个点电荷之间的相互作用力,跟它们所带的电量乘积成正比,跟它们之间的距离平方成反比,作用力的方向在这两个点电荷的连线上。点电荷用q1、q2表示,距离用r表示,写成公式是:

F=kq1q2r2

库仑定律这就是库仑定律,力F称作库仑力,k是一个和单位选定有关的比例常数。电荷同号的时候,库仑力是正的,表示排斥;电荷异号的时候,库仑力是负的,表示吸引。

电荷之间的这种相互作用是怎样产生的呢?原先人们都以为它是用无限大的速度在两个带电体之间直接传递的,叫做“超距作用”。后来,法拉第认为,电荷之间的相互作用不是直接传递,而是通过中间媒质用有限的速度传递的。这种相互作用叫做“媒递作用”,是电场概念的起源。电场是一种特殊的物质,在电荷周围,总存在着电场;正是通过电场,才对场中其他电荷发生力的作用。静止电荷周围形成的电场,称作静电场。

静电场对场中静止电荷的作用力叫做静电力,也就是库仑力。

库仑定律的建立,使电学研究进入了定量阶段,为电磁学作为一门精密的科学奠定了基础。知识点牛顿第三定律牛顿第三定律,是指两个物体之间的作用力和反作用力,总是同时在同一条直线上,大小相等,方向相反。即F1=-F2(N=N′),其内容指:①力的作用是相互的,同时出现,同时消失。②相互作用力一定是相同性质的力。③作用力和反作用力作用在两个物体上,产生的作用不能相互抵消。④作用力也可以叫做反作用力,只是选择的参照物不同。⑤作用力和反作用力因为作用点不在同一个物体上,所以不能求合力。发现电流任何事物都具有这样的特点,运动着的客体都要比它处于相对静止时,更能显露出它的本质和丰富多彩的性质。因此,电流的发现不仅是对电荷本身认识有质的飞跃,开辟了一个动电学的新领域,而且也打开了探索电现象与其他物理现象内在联系的大门。

伽伐尼

最先发现电流的是意大利的伽伐尼。伽伐尼是意大利波洛尼亚大学的解剖学和医学教授。那个时候,在实验室里放上起电机是很时髦的事,就像我们今天上互联网一样,伽伐尼的实验桌上也有这样的一台仪器。他的妻子根据丈夫的嘱咐用蛙腿做菜肴,她把剥去皮的青蛙随手放在起电机旁的金属板上。并取了一把解剖刀,解剖刀很偶然地触及了青蛙的腿神经,这时起电机刚好飞过一个火花,青蛙腿猛地抽搐了一下。妻子惊讶地叫了起来,引起了伽伐尼的注意,于是他立即重复了这个实验。

电流的发现,使电流研究开始由静电转向动电的领域,并成为后来世界走上电气化的重要跳板。那么,电流最初是怎么发现的呢?

在1791年发表的《论在肌肉运动中的电力》一文中,伽伐尼如下记述当时的经历:“我把青蛙放在桌上,注意到了完全是意外的一种情况。在桌子上还有一部起电机……我的一个助手偶然把解剖刀的刀尖碰到青蛙腿上的神经……另一个助手发现,当起电机的起电器上的导体发出火花时,这个青蛙抽动了一下……因这现象而惊异的他立即引起了我的注意,虽然我当时考虑着完全另外的事情,并且是全神贯注于自己的思想的。”伽伐尼在重复这个实验的时候,观察到了同样的现象。他发现,用金属接触神经和发出电火花都是必要条件。之后,他又以严谨的科学态度,选择不同的条件,在不同的日子做了这类实验。起先,他用铜丝与铁窗连着,在雨天和晴天做实验,他发现无论是晴天还是雨天,青蛙腿都发生了痉挛。于是他认为这是“大气电”的作用。现在我们知道,他得出这个结论,是受了富兰克林大气电实验的影响。但是后来,他找了一间密闭的房间,将青蛙放在铁板上,用铜丝去触它,结果跟以往一样,蛙腿也发生了痉挛性收缩,这就排除了外来电的可能。在上面提到的论文中,他继续写道:“我选择不同的日子,不同的时候,用各种不同的金属多次重复,总是得到相同的结果,只是在使用某些金属时,收缩更加强烈而已。以后,我又用各种不同的物体来做这个实验,但是用诸如玻璃、橡胶、松香、石头和干木头来代替金属导体时,就不会发生这样的现象。”这些现象使伽伐尼猜想到,在动物体内存在着某种电,如果使神经和肌肉与两种不同的金属接触,再使这两种金属相接触,这种电就会被激发出来,所以这很可能是从神经传到肌肉的特殊的电流质引起的。每根肌纤维就是一个小电容器,放电时便产生收缩。伽伐尼的解释由于缺少必要的知识,并不正确。青蛙腿抽搐是因为青蛙腿上的神经受到了电刺激,产生新的生物电,后者沿神经传导到肌肉,引起了肌肉的紧张收缩。

还原解剖青蛙实验的绘画作品

这样反复做了上百次实验,连续观察6年之久,伽伐尼才下了结论。他认为:电来自蛙体的神经,而两种金属的导体只不过起传导作用。他把这种电称为“动物电”,并且公开在波洛尼亚大学1791~1792年的工作纪要上发表了。从1780年开始发现电流现象到正式发表,前后经历了十几年,这充分说明伽伐尼治学态度的严谨。尽管当时对这种现象的本质还不十分清楚,但这种现象却意想不到地引起了科学界的关注。这时人们才发现,瑞士学者苏尔泽早在1750年就谈到过类似的发现。但是苏尔泽没有继续研究下去。伽伐尼的成功再次证明,机遇只属于那些有准备的头脑!

伏打伽伐尼的发现也引起了他的好友意大利物理学教授亚历山得罗·伏打的重视。1792年,伏打重复了伽伐尼的青蛙实验,认为伽伐尼得到的现象是对的,但解释是错误的。他做了一个颇有说服力的实验。将一块金币和一块银币同时顶住舌头,用导线将它们连接起来时,舌头感觉有酸苦味。因此,伏打认为,电的来源不是动物本身,而是两种金属的接触,肌肉或神经只是起传导和指示电流的作用。伽伐尼所发现的电流不应叫做“动物电”,而应称作“金属电”或“接触电”。

他为了尊重伽伐尼最先发现权,他把这种电流称之为“伽伐尼电流”。尽管对电流的来源有不同的看法,但电流的客观存在则是两个人取得的共同结论。

1796年,伏打把金属称为第一类导体或干导体,把含有金属元素的液体称为第二类导体或湿导体。他指出,电“循环”的先决条件是回路必须由2个(或更多个)第一类导体和一个第二类导体所组成。他用各种金属搭配,研究它们相互接触时产生电的情况。伏打电堆1797年,他提出了一个金属接触系列——著名的伏打系列:锌、锡、铅、铁、铜、银、金等,指出排在前面的金属将带正电,排在后面的金属将带负电。他还发现,将几种金属串接时,则电作用(电势差)由首、尾端的金属的性质决定,和中间的金属无关,这就是伏打定律。

伏打将两个第一类导体和一个第二类导体所组成一个产生电流的装置,把它叫做伽伐尼电池。后人又称之为“伏打电堆”。伏打还发现,将这些装置叠置起来,会得到强得多的电流。伏打电堆的发明,为后人提供了产生持续稳定电流的方法,使电学的研究由静电深入到动电,为电学的进一步发展创造了条件,为电化学的开创奠定了基础。

同类推荐
  • 世界经典神话故事全集:万物有灵的故事

    世界经典神话故事全集:万物有灵的故事

    我们编辑的这套《世界经典神话故事全集》包括《开天辟地的故事》、《神迹仙踪的故事》、《妖魔鬼怪的故事》、《鱼龙精灵的故事》、《荒诞不经的故事》、《奇异自然的故事》、《万物有灵的故事》、《鸟兽灵异的故事》、《英雄传说的故事》和《风俗源流的故事》10册,内容囊括了古今中外著名神话故事数百篇,既有一定的代表性,又有一定的普遍性,非常适合青少年学习和收藏。
  • 青少年应知的100个历史故事

    青少年应知的100个历史故事

    《青少年应知的100历史知识》既全面的展示了真实历史、内容丰富,又有通俗易懂、可读性强的特点,是一份高品位的历史文化快餐。
  • 查理日记7·孤山祭的六芒之星

    查理日记7·孤山祭的六芒之星

    《查理日记》是8-14岁少儿专属原创推理冒险小说,同时也是一套游戏故事书!它不仅是一幅充满奇思妙想的推理、冒险长篇画卷,更是一部糅合亲情、友谊、梦想、历史、艺术等多元化元素的震撼心灵的全新力作!
  • 开发智商的益智故事全集

    开发智商的益智故事全集

    《开发智商的益智故事全集》从观察与分辨、推理与判断、思维与理解、想象与创造、急智、分析侦破与变通创新六个方面来开发青少年的智商。故事融趣味性、知识性、益智性于一体,每个故事都给青少年不同的启迪。
  • 青少年植物百科

    青少年植物百科

    对于人类来说,植物无疑是最为亲密的物种,而同样对于人类来说,植物恰恰又是最为神秘的存在。可以说,自从人类诞生之时,就与植物结下了不解之缘。在人类数百万年的历史进程中,从停止过对植物的探索——植物的起源、植物的进化、植物的繁衍、植物的消亡,每一项都与人类的生活紧密相连,每一点都与人类的命运息息相关。古老的神话与现代的科学相结合,轻松的故事与严谨的分析相交织,让我们借着那细密如根茎般的思绪,回首人类探索植物的历史,一道来探究我们身边最不可思议的生物——植物,那个拥有着流动的绿色血液和众多不为人知的秘密的地球的主宰者。
热门推荐
  • 燎剑

    燎剑

    故事从悲情展开:我是一只在北京光华寺长大的哑猫,生来听得懂人语却从不会叫,是年早春被仙华山圆觉寺的方丈通觉大和尚从北京带到江南古刹。在寺里,我遇到了为情所困,对分手三年的爱人求不得放不下、绝望之际欲求出家的男子海剑。我与他的不期而遇,似曾相识的目光对视,同悲同喜的心灵感应,让故事进入一个求解的过程——我们将共同揭开圆觉寺三百年来不为人知的秘密……当海剑带着一把青铜剑同我毅然闭关的时候,尘世的喧嚣恍然隔世,而属于我们的传奇才刚刚开始。
  • 美漫世界霸王轨迹

    美漫世界霸王轨迹

    在混乱哥谭的黑暗迷雾中,他是带来鲜血的赤红魔鬼,他罪恶!在彷徨迷茫的变种人社会里,他是异军突起的第三领袖,他执拗!在盾与蛇的无尽纠缠中,他是影响战争的冷酷利剑,他坚定!他被崇拜,被厌恶,被赞美,被诅咒,有人爱他,也有人恨他。他的心就如同他手里的利刃,从不犹豫,从不迟疑,从不动摇,谁能击败这样的人?欢迎走入,霸王的故事…<《艾泽拉斯死亡轨迹》、《美漫世界阴影轨迹》已经完本,兄弟们可以放心阅读!><新书:《左道江湖》已经上传,希望兄弟们多多支持!>
  • 中医药与中西医结合政策手册

    中医药与中西医结合政策手册

    为了进一步落实卫生部、国家中医药管理局关于三级甲等中西医结合医院建设的有关文件精神,发挥中西医结合医院的服务特色,提升科学化、规范化、精细化管理水平,经过精心遴选,我们编写了《中医药与中西医结合政策手册》。本书依据三级甲等中西医结合医院评审要求,汇集了近年来国务院、卫生部、国家中医药管理局公开下发的相关文件,以发挥中医药特色、中医药文化建设、科室建设为重点,便于医院领导、各职能科室、临床医技科室负责人系统掌握中医药和中西医结合政策、中医药和中西医结合知识及管理知识,同时,也可作为医院及科室开展中医药及中西医结合相关工作的依据,增加医院日常管理及监督考核的针对性和客观性。
  • The Inheritance of Loss

    The Inheritance of Loss

    In a crumbling, isolated house at the foot of Mount Kanchenjunga in the Himalayas lives an embittered judge who wants only to retire in peace, when his orphaned granddaughter, Sai, arrives on his doorstep. The judge's cook watches over her distractedly, for his thoughts are often on his son, Biju, who is hopscotching from one gritty New York restaurant to another. Kiran Desai's brilliant novel, published to huge acclaim, is a story of joy and despair. Her characters face numerous choices that majestically illuminate the consequences of colonialism as it collides with the modern world.
  • 快穿之攻略男神太奶了

    快穿之攻略男神太奶了

    “脑婆~我要你的抱抱”“滚出,我腰疼,替我揉揉。”“好勒。”
  • 侯门弃女之妖孽丞相赖上门

    侯门弃女之妖孽丞相赖上门

    新文《首辅娇娘》已开,欢迎跳坑。*一觉醒来,穿越到一个历史上没有的朝代,乔薇无语望天,她是有多倒霉?睡个觉也能赶上穿越大军?还连跳两级,成了两个小包子的娘亲。看着小包子嗷嗷待哺的小眼神,乔薇讲不出一个拒绝的字来。罢了罢了,既来之则安之吧,不就是当个娘吗?她还能当不好了?养包子,发家致富。不为恶,不圣母,人敬我,我敬人,人犯我,虽远必诛。杏林春暖,侯门弃女也能走出个锦绣人生。小剧场之寻亲:“囡囡呐,婶娘可算找到你了!你当年怎么一声不吭地就走了呢?婶娘找你都快找疯了!你还活着真是太好了,跟婶娘回家吧!一个女人赚了那么多银子,在外头多不安全呐!”某花枝招展的妇人,拿着帕子,“伤心欲绝”地说。“你不关心我孩子,倒是先关心我银子,真是好疼我呢!可是我们认识吗,大婶?”乔薇一脸冷漠。小剧场之寻妻:小包子领回一个容颜冷峻的男人:“娘亲,叔叔说他是我爹。”乔薇莞尔一笑:“乖儿子,告诉你爹,要证明自己的身份,应该怎么做?”小包子翻开金册子,一板一眼地说道:“叔叔,如果你真是我爹的话,先背好《乔氏家规》一百条哦!”
  • 脉经

    脉经

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。汇聚授权电子版权。
  • 天都赋

    天都赋

    旗亭酒肆,风沙漫天。他推门而入,寻了僻静角落,搁下手中剑。听那说书人阔谈着战国三百载与春秋甲子年……已有作品:《钧天图》书友群菩提书院:303859996
  • 礼仪金说5:商务礼仪

    礼仪金说5:商务礼仪

    本书乃金正昆教授讲礼仪系列丛书之商务礼仪。书中,金教授以浅显易懂、平实幽默的语言风格,通过大量的详实的事例阐述了商务礼仪的基本理念、商务交往中要遵循的原则,以及如何把尊重、礼貌、热情用恰到好处的形式,规范地表达出来。使读者在轻松、愉快的氛围下便可学习到最实用的商务礼仪。
  • 我在北京有张床

    我在北京有张床

    四川某小城青年戈海洋,大学毕业后变成了专业倒霉蛋,先后失去教职(干部身份)、下岗、失恋、生意破产、痛失家父……内外夹击,濒临崩溃之际,靠写作虚荣灵魂……世纪之交,戈海洋以三千块钱和一部书稿,像外省人于连去巴黎一样来到京城,以卑微之躯,做最后一搏。北漂族的残酷生活远超想象,竞争的惨烈,体制的阻击,猝不及防的遭际,使北漂的壮士们步履维艰。戈海洋遵循鲁迅“要韧性地战斗”的斗争精神,以我不入地狱谁出地狱的乐观态度,折腾了八年,除了一张床垫、几段爱情、半腔叹息和一桩“不成功”的罪名外,一无所有。正当戈海洋嗷嗷抓狂之际,赶上了夜场奇缘,戏剧人生为他量身打造了新的命运……