История закона кулона icon

История закона кулона



НазваниеИстория закона кулона
Дата конвертации21.05.2012
Размер99.67 Kb.
ТипЗакон
1. /ИСТОРИИ ОТКРЫТИЯ РАДИО.doc
2. /ИСТОРИЯ ЗАКОНА КУЛОНА.doc
3. /ИСТОРИЯ ЗАКОНА ОМА.doc
4. /ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ФОТОЭФФЕКТА.doc
5. /ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ПРИРОДЕ СВЕТА.doc
6. /ИСТОРИЯ СИСТЕМ ЕДИНИЦ ИЗМЕРЕНИЯ.doc
7. /К ИСТОРИИ ВАКУУМНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ.doc
8. /К ИСТОРИИ ЗАКОНОВ ТЕРМОДИНАМИКИ.doc
9. /К ИСТОРИИ ЗАКОНОВ ЭЛЕКТРОЛИЗА.doc
10. /К ИСТОРИИ ИЗУЧЕНИЯ проводимости.doc
11. /К ИСТОРИИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ.doc
12. /К ИСТОРИИ ОТКРЫТИЯ МАГНИТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ.doc
13. /К ИСТОРИИ ОТКРЫТИЯ электромагнитной индукции.doc
14. /К ИСТОРИИ ПОНЯТИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА.doc
15. /К ИСТОРИИ ПОНЯТИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ.doc
16. /К ИСТОРИИ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ.doc
17. /ОТКРЫТИЕ ПРИНЦИПА СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА.doc
18. /ОТКРЫТИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН И.doc
19. /ПОСТРОЕНИЕ ИСТОРИЧЕСКИХ ЭКСКУРСОВ.doc
20. /СТАНОВЛЕНИЕ УРАВНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ.doc
Истории открытия радио
История закона кулона
История закона ома
История изучения фотоэффекта
История развития представлений о природе света
История систем единиц измерения физических величин
Рассказ о начале вакуумной электроники может послужить введением к теме «Электрический ток в вакууме»
К истории законов термодинамики
К истории законов электролиза
Проводимости веществ
К истории определения элементарного электрического заряда
К истории открытия магнитного взаимодействия
Явления электромагнитной индукции
К истории понятия электрического заряда и закона сохранения заряда
html">К истории понятия электромагнитного поля
К истории специальной теории относительности
Открытие принципа спектрального анализа
Открытие электромагнитных волн и подтверждение электромагнитной теории света
При раскрытии структуры атома вводная беседа
Становление уравнения состояния идеального газа

ИСТОРИЯ ЗАКОНА КУЛОНА

Закон Кулона является фундаментальным законам природы, имеющим поучительную историю открытия. Хотя он прост по форме, но глубок по содержанию. Раскрыть его с достаточной полнотой может предлагаемый исторический экскурс.
В предыдущем обзоре было описано происхождение гипотезы электрических жидкостей. Считалось, что электрические явления обязаны своим происхождением существованию невесомых жидкостей, частицы которых взаимодействуют между собой силами притяжения и отталкивания. Естественно, что для построения теории электричества необходимо было в первую очередь найти закон взаимодействия.
Еще в 1760 г. Д. Бернулли 1700 — 1782) сообщил, что он с помощью специально сконструированного электрометра установил квадратичный закон взаимодействия наэлектризованных тел. Однако он не опубликовал своих результатов.
В 1767 г, в Англии вышла книга химика, физика и философа Джозефа Пристли (1733—1804) «История и современное состояние электричества с оригинальными опытами». В этой книге описывается эксперимент, который Пристли проделал по совету Франклина. Заряжался хорошо изолированный полый металлический сосуд. Внутрь сосуда вводились пробковые шарики. Шарики совершенно не испытывали силового действия, хотя снаружи оно было значительным.
Идея этого опыта была подсказана теорией тяготения Ньютона. Дело в там, что, согласно Ньютону, гравитационные силы, действующие на материальную точку, находящуюся внутри полой сферы, уравновешены.
Отсюда. Пристли приходит к гипотезе, что «электричество есть явление, которое следует такому же закону, как и тяготение», т. е. электрическая сила, как и сила тяготения, изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния.
Эта мысль была развита английским ученым Генри Кавендишем (1731 — 1810). Кавендиш не опубликовал многих из своих исследований по электричеству. Почти сто лет рукописи хранили интереснейшие результаты, пока Максвелл не издал их, снабдив комментариями.
Кавендиш видоизменил опыт Пристли так, что получил возможность судить о законе, которому подчиняется взаимодействие электрических зарядов. Точность измерительного прибора позволила Кавендишу установить, что закон взаимодействия должен

иметь вид: ,
где п не может быть больше 1/50. Такова предыстория открытия.
Закон был найден Шарлем Огюстеном Кулоном (1736 — 1806): Кулон родился в Ангулеме. После окончания средней школы он поступил на военную службу. В Париже он получил инженерную подготовку и был направлен на остров Мартинику для строительства укреплений. В связи с ухудшением здоровья Кулон вернулся в 1776 г. во Францию и был назначен инженером по крепостным и водным сооружениям. Одновременно со службой Кулон начал научные исследования. Его привлекли вначале проблемы трения, кручения и сопротивления материалов. Кулон -— автор ряда выдающихся исследований этих проблем. Его имя стало известно в научном мире в 1777 г. после опубликования работ, в которых были представлены результаты экспериментов по измерению кручения волос, шелковых нитей и металлических проволок. В 1781 г. он получил за эти работы премию и стал членом Парижской Академии наук.
К вопросам электричества и магнетизма Кулон обратился в связи с объявленным Академией наук конкурсом на лучшую конструкцию корабельного компаса.
Опыты по кручению нитей, обнаруживающие пропорциональность между моментом закручивающей силы и углом, привели Кулона к изобретению крутильных весов, с помощью которых он провел в период 1785 — 1789 гг. точные измерения электрических и магнитных сил.
Кулону удалось изготовить крутильные весы со столь тонкой нитью, что углу в 1° соответствовала сила примерно в 10-11 Н.






Взаимодействие заряженных тел изучалось на установке, изображенной на рисунке 6. Стеклянный цилиндр А высотой около 30 см закрыт стеклянной крышкой С с цилиндрической стойкой длиной около 0,5 м, в ней свободно висит серебряная проволока. Сверху проволока прикреплена к головке b, которую можно вращать вокруг оси цилиндра, снизу к проволоке подвешено коромысло Р. На одном его конце находится изолированный шарик, подвергающийся электризации, на другом — маленький диск g, служащий противовесом (коромысло было сделано из шелковой нити, покрытой сургучом),
Угол поворота головки b с прикрепленной к ней проволокой можно отмечать с помощью указателя а. Для отсчета угла поворота коромысла на окружность цилиндра нанесены градусные деления Q.
Опыты производились следующим образом. Через отверстие в крышке цилиндра вводили наэлектризованный шарик d, тождественный шарику на коромысле. При соприкосновении шарики получали одинаковые заряды и отталкивались, при этом по градусной шкале Кулон фиксировал угол отклонения, равный 36°. Далее головку с проволокой закручивали в сторону, противоположную отклонению коромысла, до тех пор, пока угол отклонения шарика не становился равным 18°. Расстояние между шариками уменьшалось вдвое, между тем как сила кручения проволоки возрастала в четыре раза и т; д. Отсюда Кулон заключил: «Сила отталкивания двух небольших, одинаково наэлектризованных шариков, обратно пропорциональна квадрату расстояния центров обоих шариков».
Этот результат был опубликован в первом мемуаре Кулона. В последовавшем вскоре втором мемуаре Кулон доказывает, что найденный закон справедлив и для случая взаимодействия противоположно наэлектризованных шариков.
Но сформулированный Кулоном результат — это еще не.искомый закон. Пока речь идет о взаимодействии заряженных шариков, а найти нужно закон взаимодействия зарядов. Сейчас мы знаем, что заряды связаны с элементарными частицами вещества. Если, например, от некоторого тела отнять один электрон, то оно будет иметь положительный заряд е0 = 1,6.10-19К. Совершенно безразлично при этом, какое это тело: железное, деревянное, медное, свинцовое и т. д.
Кулон не знает, как связано вещество шариков с электрической жидкостью. Поэтому для перехода к обобщению полученного результата необходимо дополнительное исследование. Надо теперь показать, что взаимодействие заряженных шариков не зависит от материала, из которого они сделаны. Здесь нужны были не только опыты, но и определенные теоретические представления.
Кулон впервые убедительно показывает, что вся совокупность фактов, найденных в области электричества, может быть связана воедино только при условии принятия гипотезы о существовании двух видов электричества, а поэтому двух сортов частиц невесомой электрической жидкости. Он эти частицы называет «молекулами электричества». «Какова бы ни была причина электричества,— пишет он,— мы можем объяснить все явления, предполагая, что имеются две электрические жидкости; части одной и той же жидкости отталкиваются одна от другой обратно пропорционально квадрату, расстояния и притягивают части противоположной жидкости согласно тому же закону обратных квадратов».
Кулон считает, что эти жидкости могут свободно перемещаться в теле относительно неподвижных частиц вещества. Уверенность в том, что закон взаимодействия заряженных шариков тождествен закону взаимодействия зарядов, дало изучение закономерностей распределения заряда в телах.
Кулон независимо от Кавендиша устанавливает, что статический заряд располагается на внешней поверхности проводника, причем плотность заряда зависит от кривизны поверхности. Его опыт почти в точности повторяет кавендишевский. Изолированный металлический шар А закрывают двумя металлическими полусферами В и С. Систему заряжают; затем полусферы убирают. На шаре A заряда не обнаруживают. Тот же результат получается, если зарядить шар А, закрыть его полусферами, а затем убрать их. Если заряд распределяется по поверхности, то взаимодействие заряженных тел не должно зависеть от их качества. Можно сказать, что взаимодействие шариков осуществляется только зарядами на их поверхности; качество того, что содержится внутри поверхностей, безразлично. Сила тяготения практически не оказывает влияния на электрическую силу. Между массами шариков гравитационное взаимодействие ничтожно мало, между шариками и Землей — уравновешено силой натяжения нитей.
Далее нужно было убедиться, что при соприкосновении одинаковых шариков заряд распределяется поровну. Ведь еще нет понятий электроемкости и потенциала, и то, что нам сегодня представляется очевидным, нужно было доказывать опытом.
Кулон изучает распределение заряда при соприкосновении двух тел. Он находит, что заряды распределяются поровну, если сферы имеют одинаковые радиусы. Наконец, нужно было изучить распределение электрической силы вблизи поверхности заряженного проводника. Ведь закон устанавливался при наблюдении взаимодействия шариков, и нужна была уверенность в симметрии поля сил, ибо только тогда было бы выполнено условие точечности зарядов. Кулон установил, что электрическая сила действует в направлении, перпендикулярном поверхности проводника. Этот факт получил обоснование уже в теории электромагнитного поля.
Особенно длительными и трудоемкими были наблюдения утечки заряда. Кулон хорошо понимал, что закон можно установить только при условии сохранения количества электричества на взаимодействующих телах. И он тщательно изучал возможности его сохранения. При этом он открыл новую истину: воздух не является идеальным изолятором, часть заряда неизбежно просачивается в него. Правда, Кулон еще не представлял значения поверхностной проводимости диэлектриков. Он считал, что влажность воздуха увеличивает утечку заряда через воздух. Но он знал условия, при которых опыт можно провести корректно, с наименьшими поправками в результатах измерений. Дело осталось за чувствительностью прибора.

Методические замечания. Закон Кулона относится к числу фундаментальных законов природы, его особенно важно закрепить на уровне понимания. Нужно иметь в виду следующие методические трудности.
1. Кулон измерял силу взаимодействия заряженных шариков, а пришел к закону взаимодействия электрических зарядов — «количеств электричества».
Закон б
ыл получен в предположении, что силой тяготения между шариками можно пренебречь. Когда была измерена гравитационная постоянная, установлены единицы измерения, это интуитивное предположение получило количественное обоснование. Мы получили право говорить вместо «взаимодействие заряженных тел» — «взаимодействие зарядов».
Чтобы соблюсти точность физического лексикона, нужно обязательно подчеркивать, что при движении заряженных микрочастиц в электрическом и магнитном полях мы уже не можем говорить «движение зарядов». Действительно, второй закон Ньютона, который управляет этим движением (если оно не релятивистское), записывается в виде:

для электрического поля

для магнитного поля. В обоих случаях ,
т. е. ускорение заряженной частицы, зависит не только от ее заряда, но и от массы.
2. Далеко не очевидно, что закон, установленный на основании экспериментов с макроскопическими телами, справедлив для взаимодействия заряженных микрочастиц. Однако в эпоху классической физики здесь не было проблемы, ибо ученые исходили из предположения, что законы макро- и микромира тождественны. Как известно, это предположение было, отвергнуто в связи с развитием квантовой и релятивистской механики. Однако закон Кулона оказался в известных пределах справедлив и для микромира.
В 1910 г. перед проведением своих знаменитых опытов Резерфорд построил теорию взаимодействия ?-частиц с ядрами атомов. При этом он исходил из предположения, что закон Кулона справедлив при расстояниях порядка диаметра атома. Теория блестяще подтвердилась опытами, приведшими к раскрытию структуры атома.
Современная физика считает, что закон Кулона перестает быть справедливым лишь при расстояниях порядка диаметра атомных ядер, в области действия ядерных сил,
3. Следует особо подчеркнуть, что закон Кулона является исходным для установления абсолютной единицы заряда, которая является базисной единицей измерения абсолютных значений всех электрических величин. Этот вопрос достаточно освещен в очерке «История систем измерения физических величин».

ПРИСТЛИ Джозеф (Priestley Joseph) (13.III.1733 - 6.II.1804) — английский химик, физик и философ-материалист, член Лондонского королевского об-ва (1767). Р. в Филдхеде. Окончил духовную академию и стал священником. В 1794 эмигрировал в США.
Физические исследования относятся к электричеству и оптике. В 1766 установил обратно пропорциональную зависимость силы электрического взаимодействия от квадрата расстояния между зарядами. Автор книги «История электричества» (1767) и «История и современное состояние открытий, относящихся к зрению, свету и цветам» (1772). В теоретических воззрениях придерживался гипотезы флогистона.
Исследования, относящиеся к химии, заложили основы науки о газах, или пневматической химии. Создал ряд приборов для изучения газов. Занимался изучением углекислого газа — «воздуха, испорченного горением или дыханием» и очищенного зелеными частями растений. Открыл фотосинтез (1771). Впервые получил «солянокислый воздух» — хлористый водород (1772), «селитряный воздух» — закись азота (1772), заметив, что он при соприкосновении с воздухом переходит в газ бурого цвета. Открыл (1772 — 1774) «щелочной воздух» — аммиак. Открыл (1774) «бесфлогистонный воздух» — кислород, получив его при нагревании оксида ртути. Изучил растворение углекислого газа и аммиака в воде. Получил продукт соединения серной и азотной кислот (названный позднее нитрозилсерной кислотой); выделил (1775 — 1799) индивидуальные фтористый кремний, сернистый газ и окись углерода. Результаты своих химических исследований опубликовал в сочинении «Опыты и наблюдения над различными видами воздуха» (т. 1 — 3, 1774 — 1777).
Иностранный член Петербургской АН (1780).
[172, 179, 557].

КАВЕНДИШ Генри (Cavendish Henry) (10.Х.1731 - 24.II.1810) — английский физик и химик, член Лондонского королевского об-ва (1760). Р. в Ницце (Франция). В 1749—53 учился в Кембриджском ун-те. Большую часть жизни провел в одиночестве, полностью отдаваясь научной работе.

Исследования проводил в собственной лаборатории. Публиковал только те свои статьи, в достоверности которых был полностью уверен. В связи с этим долгое время его работы по электричеству оставались неизвестными. Изданные в 1879 Дж. Максвеллом эти работы показали, что в некоторых случаях Кавендиш значительно опередил современную ему науку.

Так, еще в 1771 он пришел к выводу, что силы электрического взаимодействия обратно пропорциональны квадрату расстояния между зарядами (в 1785 закон электрического взаимодействия установил Ш.Кулон). Ввел понятие электроемкости. Открыл влияние среды на емкость конденсатора и определил диэлектрическую проницаемость некоторых веществ. В 1798 измерил при помощи крутильных весов силу притяжения двух небольших сфер, подтвердив тем самым закон всемирного тяготения, определил гравитационную постоянную, массу и среднюю плотность Земли (5,18 г/см 3 ). Придерживался мнения, что теплота является следствием внутреннего движения частиц тел. Получил в 1766 в чистом виде водород, установил его свойства, определил состав воды и показал, что ее можно получить искусственным путем, определил содержание кислорода в воздухе (1781). Работы посвящены также молекулярной физике, теплоте, математической физике.

[405, 433, 557].

КУЛОН Шарль Огюстен (Coulomb Charles Augustin) (14.VI. 1736 - 23.VIII.1806) — французский физик и военный инженер, член Парижской АН (1803). Р. в Ангулеме. Окончил (1761) школу военных инженеров и все время находился на военной службе.

Работы относятся к электричеству, магнетизму, прикладной механике. Сформулировал в 1781 законы трения, качения и скольжения. Исследуя кручение шелковых и металлических нитей, установил законы упругого кручения, в частности определил, что сила закручивания нити зависит от материала, из которого она сделана, пропорциональна углу закручивания и четвертой степени диаметра нити и обратно пропорциональна ее длине. Это имело важное значение, поскольку давало новый, очень чувствительный метод измерения силы. Исходя из этого, в 1784 построил прибор для измерения силы — крутильные весы. С его помощью экспериментально установил в 1785 основной закон электростатики (закон Кулона), распространив его в 1788 на взаимодействие точечных магнитных полюсов. Выдвинул гипотезу магнетизма, согласно которой магнитные жидкости не свободны или не могут течь, как их электрические аналоги, и связаны с отдельными молекулами. Предположил, что каждая молекула в процессе намагничивания становится поляризованной. Сконструировал магнитометр (1785). Заложил основы электро- и магнитостатики. Пытался экспериментально измерить (1796) трение в жидкости по затуханию колебаний движущегося в ней маятника и определить зависимость трения от скорости.

[256, 433, 557].



Похожие:

История закона кулона iconДокументы
1. /Доказательство закона Кулона.doc
История закона кулона iconМежпредметный урок – панорама (химия, история, обществознание, психология). Тема урока: «Универсальность закона А. М. Бутлерова для развития природы, личности, общества»
Тема урока: «Универсальность закона А. М. Бутлерова для развития природы, личности, общества»
История закона кулона iconИстория в тесты включены вопросы по курсам: Всеобщая история и История России. Всеобщая история. Новое время 15-18 века
Российское государство во времена Ивана Грозного. Реформы Избранной рады. Опричнина. Внешняя политика
История закона кулона iconСочинение эссе «Наша память хранит имена»
Я каждый год бываю в прекраснейшем городе на Неве – Санкт-Петербурге. Каждая улица, каждый мостик, переулок, дом целая история. История...
История закона кулона iconИстория в работу включены следующие темы: Всеобщая история. Новое время 15-18 века
История; Первобытный мир; История древнего мира; Средние века; Новое, новейшее время
История закона кулона icon«Лекции по философии истории» (фрагменты Введения)
Для выяснения того, что такое философская всемирная история, я считаю необходимым прежде всего рассмотреть другие формы историографии....
История закона кулона iconПримеры проявления закона Архимеда в природе
Открытие основного закона гидростатики – одно из крупнейших завоеваний античной науки. Чтобы оценить значение открытия, рассмотрим...
История закона кулона iconИсторическая наука на рубеже тысячелетий: новые проблемы и новые подходы
Существует только одна история история Человека, и это история в самом широком смысле слова
История закона кулона iconДокументы
1. /отечественная история/Конспект лекций по Отечественой истории.doc
2. /отечественная...

История закона кулона iconПамятка по выполнению требований закона №1539 кз
С целью профилактики закона №1539 кз, со всеми учащимися школы проводятся профилактические беседы на уроках «час социального педагога»...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов