La loi de Coulomb est une loi fondamentale de la nature avec une histoire de découvertes instructive. Même si sa forme est simple, son contenu est profond. L'excursion historique proposée peut le révéler avec suffisamment d'exhaustivité.
La revue précédente décrivait les origines de l’hypothèse du fluide électrique. On croyait que phénomènes électriques doivent leur origine à l'existence de liquides en apesanteur dont les particules interagissent entre elles par des forces d'attraction et de répulsion. Naturellement, pour construire une théorie de l’électricité, il fallait d’abord trouver la loi de l’interaction.
En 1760, D. Bernoulli (1700 - 1782) rapportait qu'il avait, à l'aide d'un électromètre spécialement conçu, établi la loi quadratique de l'interaction des corps électrifiés. Il n’a cependant pas publié ses résultats.
En 1767, un livre du chimiste, physicien et philosophe Joseph Priestle (1733-1804) « L'histoire et l'état actuel de l'électricité avec des expériences originales » fut publié en Angleterre. Ce livre décrit une expérience que Priestley a réalisée sur les conseils de Franklin. Un récipient métallique creux bien isolé a été chargé. Des boules de liège ont été introduites dans le récipient. Les balles n'ont subi aucune force, même si de l'extérieur, cela était important.
L'idée de cette expérience a été suggérée par la théorie de la gravité de Newton. Le fait est que, selon Newton, les forces gravitationnelles agissant sur point matériel, situés à l’intérieur d’une sphère creuse, sont équilibrés.
D'ici. Priestley émet l'hypothèse que « l'électricité est un phénomène qui suit la même loi que la gravité », c'est-à-dire que la force électrique, comme la force de gravité, varie en proportion inverse du carré de la distance.
Cette idée a été développée par le scientifique anglais Henry Cavendish (1731 - 1810). Cavendish n'a pas publié beaucoup de ses études sur l'électricité. Pendant près de cent ans, les manuscrits contenaient les résultats les plus intéressants, jusqu'à ce que Maxwell les publie et les commente.
Cavendish a modifié l'expérience de Priestley afin qu'il puisse juger de la loi qui régit l'interaction des charges électriques. La précision de l'instrument de mesure a permis à Cavendish d'établir que la loi d'interaction devrait
ressembler: ,
Où P. ne peut pas être supérieur à 1/50. C'est l'histoire de fond de la découverte.
La loi a été fondée par Charles Augustin Coulomb (1736 - 1806) : Coulomb est né à Angoulême. Après avoir obtenu son diplôme d'études secondaires, il s'est enrôlé dans l'armée. A Paris, il suit une formation d'ingénieur et est envoyé sur l'île de la Martinique pour construire des fortifications. En raison de la détérioration de sa santé, Coulon rentre en France en 1776 et est nommé ingénieur des fortifications et des ouvrages d'eau. Parallèlement à son service, Coulomb entame des recherches scientifiques. Il est d'abord attiré par les problèmes de frottement, de torsion et de résistance des matériaux. Coulomb est l'auteur d'un certain nombre d'études remarquables sur ces problèmes. Son nom est devenu connu dans le monde scientifique en 1777 après la publication d'ouvrages dans lesquels étaient présentés les résultats d'expériences de mesure de la torsion des cheveux, des fils de soie et des fils métalliques. En 1781, il reçut un prix pour ces travaux et devint membre de l'Académie des sciences de Paris.
Coulomb a abordé les questions de l'électricité et du magnétisme dans le cadre d'un concours annoncé par l'Académie des Sciences pour meilleure conception boussole du navire.
Des expériences sur la torsion des fils, révélant la proportionnalité entre le moment de la force de torsion et l'angle, conduisirent Coulomb à l'invention des balances à torsion, avec lesquelles il réalisa des expériences dans la période 1785 - 1789. Mesures précises des forces électriques et magnétiques.
Pendant a réussi à réaliser une balance de torsion avec un filetage si fin qu'un angle de 1° correspondait à une force d'environ 10-11 N. 
L'interaction des corps chargés a été étudiée à l'aide du dispositif illustré à la figure 6. Cylindre en verre UN d'environ 30 cm de haut, recouvert d'un couvercle en verre C avec un support cylindrique d'environ 0,5 m de long, dans lequel pend librement du fil d'argent. Le fil est attaché à la tête en haut b,
qui peut tourner autour de l'axe du cylindre, un culbuteur est suspendu au bas du fil R.À une extrémité il y a une boule isolée qui est soumise à l'électrification, à l'autre il y a un petit disque g,
servant de contrepoids (la bascule était constituée de fil de soie recouvert de cire à cacheter),
Angle de rotation de la tête b avec un fil qui y est attaché peut être marqué avec un pointeur UN. Pour mesurer l'angle de rotation du culbuteur, des divisions en degrés Q sont marquées sur la circonférence du cylindre.
Les expériences ont été réalisées comme suit. Une boule électrifiée a été insérée dans un trou du couvercle du cylindre. d,
identique à la balle sur le rocker. Au contact, les billes recevaient des charges identiques et repoussées, tandis que sur l'échelle des degrés Coulomb enregistrait un angle de déviation de 36°. Ensuite, la tête avec le fil a été tournée dans la direction opposée à la déviation de la bascule jusqu'à ce que l'angle de déviation de la balle devienne égal à 18°. La distance entre les billes était réduite de moitié, tandis que la force de torsion du fil était multipliée par quatre, etc. d) Ainsi Coulomb conclut : « La force répulsive de deux petites boules également électrifiées est inversement proportionnelle au carré de la distance entre les centres des deux boules. »
Ce résultat a été publié dans le premier mémoire de Coulomb. Dans le deuxième mémoire qui suivit peu après, Coulomb prouve que la loi trouvée est également valable pour le cas d'interaction de boules électrifiées de manière opposée.
Mais le résultat formulé par Coulomb n'est pas encore la loi souhaitée. Au revoir nous parlons de sur l'interaction des boules chargées, mais vous devez trouver la loi de l'interaction des charges. Nous savons maintenant que les frais sont associés à particules élémentaires substances. Si, par exemple, un électron est retiré d’un certain corps, il aura alors une charge positive. e 0 = 1.6.10 -19K. Le type de corps dont il s'agit ne fait absolument aucune différence : fer, bois, cuivre, plomb, etc.
Le pendentif ne sait pas comment la substance des boules est reliée au fluide électrique. Par conséquent, pour procéder à une généralisation des résultats obtenus, des recherches supplémentaires sont nécessaires. Il faut maintenant montrer que l’interaction des billes chargées ne dépend pas du matériau dans lequel elles sont constituées. Ici, il fallait non seulement des expériences, mais aussi certaines idées théoriques.
Coulomb montre pour la première fois de manière convaincante que l'ensemble des faits trouvés dans le domaine de l'électricité ne peut être relié entre eux que si l'on accepte l'hypothèse selon laquelle il existe deux types d'électricité, et donc deux types de particules de fluide électrique en apesanteur. Il appelle ces particules « molécules d’électricité ». « Quelle que soit la cause de l'électricité, écrit-il, nous pouvons expliquer tous les phénomènes en supposant qu'il y a deux fluides électriques ; les parties d’un même liquide se repoussent en proportion inverse du carré de la distance, et attirent les parties du liquide opposé selon la même loi du carré inverse.
Coulomb pense que ces liquides peuvent se déplacer librement dans le corps par rapport aux particules stationnaires de matière. La confiance dans le fait que la loi d'interaction des boules chargées est identique à la loi d'interaction des charges a été acquise en étudiant les modèles de répartition des charges dans les corps.
Coulomb, indépendamment de Cavendish, établit que la charge statique est située sur la surface extérieure du conducteur et que la densité de charge dépend de la courbure de la surface. Son expérience répète presque exactement celle de Cavendish. Boule de métal isolée UN recouvert de deux hémisphères métalliques B et C. Le système est chargé ; puis les hémisphères sont retirés. Sur la balle UN aucune charge n'est détectée. Le même résultat est obtenu si vous chargez la balle UN, couvrez-le d'hémisphères puis retirez-les. Si la charge est répartie sur la surface, alors l'interaction des corps chargés ne devrait pas dépendre de leur qualité. On peut dire que l'interaction des billes s'effectue uniquement par les charges à leur surface ; la qualité de ce qui est contenu dans les surfaces est sans importance. La force de gravité n’a pratiquement aucun effet sur la force électrique. Entre les masses des boules, l'interaction gravitationnelle est négligeable ; entre les boules et la Terre, elle est équilibrée par la force de tension des fils.
Ensuite, il fallait s'assurer que lorsque des balles identiques entraient en contact, la charge était répartie de manière égale. Après tout, il n’existe pas encore de concepts de capacité et de potentiel électriques, et ce qui nous semble évident aujourd’hui a dû être prouvé par l’expérience.
Coulomb étudie la répartition de la charge lorsque deux corps entrent en contact. Il constate que les charges sont réparties également si les sphères ont le même rayon. Enfin, il fallait étudier la répartition de la force électrique à proximité de la surface d'un conducteur chargé. Après tout, la loi a été établie en observant l'interaction des billes, et il fallait avoir confiance dans la symétrie du champ de forces, car ce n'est qu'alors que la condition des charges ponctuelles serait remplie. Coulomb a établi que la force électrique agit dans une direction perpendiculaire à la surface du conducteur. Ce fait était déjà justifié dans la théorie de l'électricité champ magnétique.
Les observations de fuites de charges prenaient particulièrement du temps et demandaient beaucoup de travail. Coulomb a bien compris que la loi ne pouvait être établie que si la quantité d'électricité sur les corps en interaction était conservée. Et il a soigneusement étudié les possibilités de le préserver. Dans le même temps, il découvre une nouvelle vérité : l'air n'est pas un isolant idéal : une partie de la charge s'y infiltre inévitablement. Certes, Coulomb n'avait pas encore réalisé la valeur de la conductivité superficielle des diélectriques. Il pensait que l’humidité de l’air augmentait les fuites de charges dans l’air. Mais il connaissait les conditions dans lesquelles l'expérience pouvait être réalisée correctement, avec le moins de corrections dans les résultats de mesure. Le problème reste lié à la sensibilité de l'appareil.
Notes méthodologiques. La loi de Coulomb est l'une des lois fondamentales de la nature, il est particulièrement important de la consolider au niveau de la compréhension. Il convient de garder à l’esprit les difficultés méthodologiques suivantes.
1. Coulomb a mesuré la force d'interaction de boules chargées et est parvenu à la loi d'interaction des charges électriques - « quantités d'électricité ».
La loi a été obtenue en supposant que la force gravitationnelle entre les billes peut être négligée. Lorsque la constante gravitationnelle a été mesurée et que les unités de mesure ont été établies, cette hypothèse intuitive a reçu une justification quantitative. Nous avons le droit de parler au lieu de « interaction de corps chargés » - « interaction de charges ».
Afin de maintenir l’exactitude du vocabulaire physique, il est nécessaire de souligner que lorsque des microparticules chargées se déplacent dans des champs électriques et magnétiques, on ne peut plus parler de « mouvement de charges ». En effet, la deuxième loi de Newton, qui régit ce mouvement (si elle n'est pas relativiste), s'écrit :
- pour le champ électrique
- pour un champ magnétique. Dans les deux cas, l’accélération d’une particule chargée dépend non seulement de sa charge, mais aussi de sa masse.
2. Il est loin d'être évident que la loi établie sur la base d'expériences avec des corps macroscopiques soit valable pour l'interaction de microparticules chargées. Cependant, à l'ère de la physique classique, il n'y avait aucun problème ici, car les scientifiques partaient de l'hypothèse que les lois du macro et du micromonde étaient identiques. Comme on le sait, cette hypothèse a été rejetée dans le cadre du développement de la mécanique quantique et relativiste. Cependant, la loi de Coulomb s'est avérée valable dans certaines limites pour le microcosme.
En 1910, avant de réaliser ses célèbres expériences, Rutherford développa une théorie de l'interaction des particules ? avec les noyaux atomiques. Ce faisant, il part de l'hypothèse que la loi de Coulomb est valable à des distances de l'ordre du diamètre de l'atome. La théorie a été brillamment confirmée par des expériences qui ont conduit à la découverte de la structure de l'atome.
Physique moderne estime que la loi de Coulomb ne cesse d'être valable qu'à des distances de l'ordre du diamètre noyaux atomiques, dans le domaine des forces nucléaires,
3. Il convient particulièrement de souligner que la loi de Coulomb est le point de départ pour établir l'unité de charge absolue, qui est l'unité de mesure de base des valeurs absolues de toutes les grandeurs électriques. Cette question est suffisamment abordée dans l'essai «Histoire des systèmes de mesure des grandeurs physiques».
La découverte de l'interaction des charges électriques stationnaires les unes par rapport aux autres s'est faite sous l'influence directe des idées de Newton et, en particulier, de sa loi de la gravitation universelle. On peut dire que cette découverte s'est faite sans trop de difficultés. Au milieu du XVIIIe siècle, il était déjà suggéré que la loi de l'interaction des charges était similaire à la loi de la gravitation universelle. Le premier à le prouver expérimentalement fut l'Anglais Kevendish. Mais ce scientifique exceptionnel se distinguait également par des bizarreries remarquables. Son dévouement à la science était tout simplement fanatique. Alors, pour gagner du temps, il s'est expliqué avec des panneaux d'accueil établis une fois pour toutes. Cavendish n'a pas publié ses ouvrages sur l'électricité. Pendant plus de cent ans, les manuscrits sont restés dans la bibliothèque de l’Université de Cambridge jusqu’à ce que Maxwell les récupère et les publie. À cette époque, la loi de l'interaction des charges avait été établie en France par Coulomb et porte depuis son nom.
Pendant est arrivé à son objectif d’une manière plus simple, quoique moins rigoureuse, que Cavendish. Nous nous concentrerons sur les expériences de Coulomb.
La découverte de la loi de Coulomb a été facilitée par le fait que les forces d'interaction entre charges sont importantes. Par conséquent, il n’était pas nécessaire d’utiliser ici un équipement particulièrement sensible, comme pour tester la loi de la gravité dans des conditions terrestres. Un appareil simple, appelé balance de torsion coulombienne, a permis de répondre à la question de savoir comment les corps chargés stationnaires interagissent les uns avec les autres. Une balance à torsion est simplement un bâton suspendu à un mince fil élastique, avec une boule de métal chargée attachée à une extrémité et un contrepoids à l'autre. Une autre boule est fixée immobile près de la balance. La force d'interaction a été mesurée par la torsion du fil et la dépendance de la force sur la distance et l'ampleur des charges a été étudiée. Ils étaient capables de mesurer la force et la distance. La seule difficulté était la charge. Le pendentif a agi simplement et avec humour. Il a modifié la charge d'une des balles 2, 4, etc. fois, en la reliant à la même balle non chargée. Dans ce cas, la charge était répartie également entre les billes, ce qui réduisait la valeur de la charge étudiée dans un certain rapport. Dans le même temps, il a été observé comment la force change.
Les expériences de Coulomb ont conduit à la découverte d'une loi étonnamment similaire à la loi de la gravité. La force d'interaction entre les corps chargés stationnaires est directement proportionnelle au produit de leurs charges et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Précisons d'emblée que, comme la loi de Newton, la loi de Coulomb n'est valable que pour les charges « ponctuelles », c'est-à-dire pour les charges dont les dimensions géométriques sont petites par rapport à la distance qui les sépare. En général, la force dépend des dimensions géométriques et de la forme des corps chargés. On l'appelle généralement Coulomb.
La découverte de la loi de Coulomb a permis pour la première fois de considérer la charge comme une certaine quantité - de la mesurer.
Pour ce faire, vous devez disposer d’une unité de mesure. Cette unité permet d'établir la loi de Coulomb. Après tout, il est presque impossible de créer un étalon de charge similaire à un étalon de longueur - un mètre en raison de la fuite de charge toujours existante. Il serait naturel de prendre la charge d'un électron comme unité de charge (cela a maintenant été fait en physique atomique), mais à cette époque on ne savait rien de la structure discontinue de l’électricité. Une unité de charge était considérée comme une charge qui agit sur une charge égale dans le vide à une distance de 1 centimètre avec une force d'une unité - dyne *). Dans ce système d'unités, la charge d'un électron est de 4,8 10 -10. C'est une très, très petite valeur.
La loi fondamentale de l'électrostatique - la loi de Coulomb - a été établie par le physicien français Coulomb dans les années 80. XVIIIe siècle
Cependant, l’histoire de sa découverte commence plus tôt. Cette histoire montre l'une des manières dont la physique se développe - la manière d'utiliser l'analogie, que nous avons mentionnée ci-dessus.
Nous avons vu qu'Apinus avait déjà deviné que la force d'interaction entre les charges électriques est inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Et cette supposition est née d'une certaine analogie entre les forces de gravité et forces électriques.
Mais l’analogie n’est pas une preuve. La conclusion d’une analogie nécessite toujours une vérification. Se fier uniquement à l’analogie peut conduire à des résultats incorrects. Épinus n'a pas vérifié la validité de cette analogie et sa déclaration n'était donc que spéculative.
Le scientifique anglais Henry Cavendish (1731 – 1810) a agi différemment. Il est également parti de l'analogie entre les forces de gravité et les forces interaction électrique. Mais il est allé plus loin qu'Aepinus et a testé expérimentalement les conclusions qui en découlaient.
Donnons une idée des recherches menées par Cavendish.
On savait que si l'on prenait une boule creuse dont la masse était uniformément répartie, c'est-à-dire à densité constante, alors la force de gravité agissant à l'intérieur de la balle sur n'importe quelle masse sera égale à zéro. Cela découle de considérations simples. Essayons de les comprendre.
Imaginons une couche sphérique très fine formée de deux sphères très proches ayant le même centre. Soit, par exemple, le rayon de la sphère extérieure R et l'épaisseur de la couche d. Densité du matériau qui constitue la couche sphérique, r.
Déterminons la force gravitationnelle agissant de notre couche sur un point matériel placé à l'intérieur de celle-ci en un point a.
Pour cela, nous traçons une ligne droite passant par le point a et le centre 0. Cette droite coupera la sphère extérieure en deux points C et C." Construisons maintenant sur la surface de la sphère autour du point C un très petit quadrilatère 1, si petit qu'il peut être considéré comme un carré plat. Notons le angles de ce carré d1, d2, d3, d4. Soit son aire S, volume de l'élément correspondant de la couche sphérique V.
Tracez ensuite des lignes droites passant par le point a et les points d1, d2, d3, d4. Ces lignes couperont la sphère une seconde fois aux points d1", d2", d3", d4". En reliant ces points, on obtient un deuxième quadrilatère 2, qui peut aussi être considéré comme un carré plat. Soit son aire S", et l'élément de volume correspondant de la couche sphérique soit V".
Il est facile de voir que la force gravitationnelle agissant sur la masse m placée au point a des éléments de la couche sphérique V et V" sera égale à zéro. En effet, les masses de ces éléments seront liées comme les aires de la carrés S et S". A leur tour, les aires des carrés S et S" seront directement proportionnelles aux carrés de leurs côtés, donc directement proportionnelles aux carrés des distances de ces éléments au point a - Ca et C"a.
Ainsi, les forces gravitationnelles agissant sur la masse des éléments 1 et 2 seront directement proportionnelles aux carrés des distances de ces éléments au point a. Mais d'autre part, selon la loi de la gravitation universelle, ces forces devraient au contraire être inversement proportionnelles aux carrés des distances de ces éléments au point a.
Considérant que les forces agissant sur des éléments opposés ont des directions opposées, nous arrivons à la conclusion que la somme de ces forces doit être égale à zéro.
De là découle immédiatement la conclusion générale que la force gravitationnelle agissant sur une masse placée à l'intérieur de la couche sphérique est égale à zéro.
En effet, on peut diviser toute la couche sphérique en petits éléments semblables aux éléments 1. Et pour tout élément il y aura toujours un autre élément dont l'effet sur la masse sera exactement inverse. En conséquence, la force gravitationnelle agissant sur la masse à l’intérieur de la couche sphérique sera égale à zéro. C'est le résultat auquel nous sommes arrivés. Il suffit de souligner que ce résultat est valable pour le cas où la force est inversement proportionnelle au carré de la distance. Si la force était proportionnelle à la distance à un degré différent, nous n’obtiendrons pas un tel résultat.
On peut immédiatement transférer cette conclusion au cas des forces électriques.
Imaginons à nouveau une fine couche sphérique à la surface de laquelle charge électrique. Plaçons une autre charge à l'intérieur de cette couche. Si la force d'interaction entre les charges est inversement proportionnelle aux carrés des distances qui les séparent, alors, par analogie avec p, la force agissant sur elle depuis st le long de la couche sphérique sera nulle. Si vous placez une deuxième charge du même signe à l’intérieur du calque, elles se repousseront et se déplaceront dans des directions opposées.
Cavendish dans les années 70 XVIIIe siècle fait cette expérience. Il prit une boule de métal chargée et la plaça dans une boule de métal creuse formée de deux hémisphères. La boule creuse extérieure n’était initialement pas chargée.
Ensuite, la boule intérieure était reliée par un fil fin à la boule extérieure, pour laquelle un petit trou était pratiqué dans cette dernière. Après un certain temps, les hémisphères se sont séparés et la boule intérieure a été libérée. Après cela, ils l’ont connecté à l’électroscope.
Qu'a montré l'électroscope ? Si l'hypothèse est correcte selon laquelle les forces d'interaction entre les charges (dans ce cas, les forces répulsives) sont inversement proportionnelles au carré de la distance qui les sépare, alors l'électroscope montrera l'absence de charge.
En effet, dès que la boule intérieure était reliée par un fil aux hémisphères, l'électricité commençait immédiatement à circuler de la boule le long du fil vers les hémisphères, uniformément répartie sur eux. Après tout, il y avait une force répulsive entre les charges sur le conteneur, mais tant que la balle était isolée, les charges ne pouvaient pas en sortir. Une fois sur la boule extérieure, les charges étaient uniformément réparties sur sa surface et leur effet sur la charge située à l'intérieur de la boule cessait.
Le flux de charges de la boule intérieure vers la boule extérieure se produira jusqu'à ce qu'elles quittent toutes la boule intérieure. De là, Cavendish a conclu que les forces d'interaction entre les charges électriques sont inversement proportionnelles au carré de la distance qui les sépare.
Ainsi, il faut dire que Cavendish fut le premier à établir expérimentalement la loi d'interaction des charges électriques. Il n’a cependant pas rendu publique sa découverte. Et cette œuvre est restée inconnue de son vivant. Ils l'ont appris bien plus tard, seulement au milieu du siècle dernier, après que Maxwell l'ait publié. Bien sûr, à cette époque, il avait déjà un intérêt purement historique.
Ne connaissant pas les recherches de Cavendish, le scientifique français Charles Counon (1736 - 1806) dans les années 80. XVIIIe siècle a réalisé une série d'expériences et a établi la loi fondamentale de l'électrostatique, qui a reçu son nom.
Coulomb a établi, premièrement, que la force d'interaction entre les charges ponctuelles est inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Cette force sera une force répulsive si les charges sont semblables, et une force attractive si les charges sont dissemblables.
Deuxièmement, Coulomb a introduit le concept de quantité d'électricité et a déterminé que la force d'interaction entre les charges est proportionnelle à leur ampleur.
Coulomb a également étudié expérimentalement les forces d'interaction entre aimants. Sur la base de données expérimentales et estimant qu'à côté des charges électriques, il existe également des charges magnétiques, Coulomb est arrivé à la conclusion que les forces d'interaction entre charges magnétiques ou masses magnétiques sont également inversement proportionnelles au carré de la distance qui les sépare.
À cet égard, la loi de Coulomb pour l'interaction des aimants a commencé à être exprimée comme la loi d'interaction entre les masses magnétiques m1 et m2 sous la forme d'une formule.
Par la suite, déjà au 19ème siècle. Il s’est avéré que les charges magnétiques n’existent pas. Mais la loi de Coulomb a continué à être utilisée pour les aimants, même si on lui donnait déjà un sens différent de celui que Coulomb lui donnait.
L.Euler XIX. Au milieu du XVIIIe siècle, comme Lomonossov, il prône la théorie de l'action à courte portée. Il supposait l'existence d'un éther dont le mouvement et les propriétés expliquaient les phénomènes électriques observés. Cependant, les idées théoriques de Lomonosov et d'Euler n'ont pas pu être développées à cette époque.Bientôt la loi fut révélée pendentif xx. Sa forme était la même que celle de la loi de la gravitation universelle et, naturellement, sa compréhension était la même que celle de la loi de la gravitation. Ainsi, la loi de Coulomb a été considérée comme une preuve de la théorie de l'action à longue portée. Après la découverte de la loi de Coulomb, la théorie de l'action à longue portée remplace complètement la théorie de l'action à courte portée. Et seulement au 19ème siècle. Faraday fait revivre la théorie de l'action à courte portée, mais sa reconnaissance générale commence dans la seconde moitié du XIXe siècle, après la preuve expérimentale de la théorie de Maxwell.
- L'histoire de la découverte de la loi de Coulomb
Après avoir mené de nombreuses expériences avec des billes métalliques, Charles Coulomb a donné la formulation suivante de la loi :
La force d'interaction entre deux corps chargés stationnaires ponctuels dans le vide est directement proportionnelle au produit des modules de charge et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare..
Il est important de noter que pour que la loi soit vraie, il faut :
Pointage des charges - c'est-à-dire que la distance entre les corps chargés est bien supérieure à leur taille, leur immobilité. Sinon, il faut prendre en compte le champ magnétique émergent d’une charge en mouvement.
Sous forme vectorielle, la loi s'écrit comme suit :
Où est la force avec laquelle la charge 1 agit sur la charge 2 ;
Q1,q2 - ampleur des charges
; - rayon vecteur (vecteur dirigé de la charge 1 vers la charge 2, et égal, en valeur absolue, à la distance entre charges - r12) ;
K - coefficient de proportionnalité.
Facteur k
Dans le SGSE, l'unité de taxation est choisie de telle sorte que le coefficient k = 1 et, en règle générale, est omis.
Dans SI k ≈ 8,987742438 109 N m2/Cl2 (ou F-1 m) et s'écrit :
où ≈ 8,854187817·10−12 F/m est la constante électrique.
Dans une substance isotrope homogène, ajouter au dénominateur de la formule la constante diélectrique environnement ε.
En SSSE
Bien que la 5ème loi ait été établie par le physicien français Coulomb dans les années 80. XVIIIe siècle Cependant, l’histoire de sa découverte commence plus tôt. Cette histoire montre l'une des manières dont la physique se développe - la manière d'utiliser l'analogie, que nous avons mentionnée ci-dessus. Nous avons vu qu'Apinus avait déjà deviné que la force d'interaction entre les charges électriques est inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Et cette supposition est née d’une certaine analogie entre les forces de gravité et les forces électriques. Mais l’analogie n’est pas une preuve. La conclusion d’une analogie nécessite toujours une vérification. Basé uniquement sur l'analogie,... Vous pouvez également arriver à de mauvais résultats. Épinus n'a pas vérifié la validité de cette analogie et sa déclaration n'était donc que spéculative. Le scientifique anglais a agi différemment Henri Cavendish xxx(1731 - 1810). Il est également parti de l'analogie entre les forces de gravitation et les forces d'interaction électrique. Mais il est allé plus loin qu'Aepinus et a testé expérimentalement les conclusions qui en découlaient. Donnons une idée des recherches menées par Cavendish. On savait que si l'on prenait une boule creuse dont la masse était uniformément répartie, c'est-à-dire à densité constante, alors la force de gravité agissant à l'intérieur de la balle sur n'importe quelle masse sera égale à zéro.
Cela découle de considérations simples. Essayons de les comprendre. 
Imaginons une couche sphérique très fine formée de deux sphères très proches ayant le même centre. Soit, par exemple, le rayon de la sphère extérieure R et l'épaisseur de la couche d. La densité du matériau qui constitue la couche sphérique est de g.
Déterminons la force gravitationnelle agissant de notre couche sur un point matériel placé à l'intérieur de celle-ci en un point a.
Pour cela, nous traçons une ligne droite passant par le point a et le centre 0. Cette droite coupera la sphère extérieure en deux points C et C." Construisons maintenant sur la surface de la sphère autour du point C un très petit quadrilatère 1, si petit qu'il peut être considéré comme un carré plat. Notons le angles de ce carré d1, d2, d3, d4. Soit son aire est S, le volume de l'élément correspondant de la couche sphérique est V. Ensuite, nous traçons des lignes droites passant par le point a et les points d1, d2, d3, d4. Ces des lignes droites couperont la sphère une seconde fois aux points d1, d2, d3, d4." En reliant ces points, on obtient un deuxième quadrilatère 2, qui peut aussi être considéré comme un carré plat. Soit son aire S, et l'élément de volume correspondant de la couche sphérique soit V". Il est facile de voir que la force gravitationnelle agissant sur la masse m placée au point a à partir des éléments de la couche sphérique V et V sera égale à zéro. En effet, les masses de ces éléments seront liées comme les aires des carrés S et S". A leur tour, les aires des carrés S et S" seront directement proportionnelles aux carrés de leurs côtés, donc directement proportionnelles aux carrés des distances de ces éléments au point a - Ca et C"a. Ainsi, les forces gravitationnelles agissant sur la masse des éléments 1 et 2 seront directement proportionnelles aux carrés des distances de ces éléments au point a.
Mais d'autre part, selon la loi de la gravitation universelle, ces forces devraient au contraire être inversement proportionnelles aux carrés des distances de ces éléments au point a. Considérant que les forces agissant sur des éléments opposés ont des directions opposées, nous arrivons à la conclusion que la somme de ces forces doit être égale à zéro. De là découle immédiatement la conclusion générale que la force gravitationnelle agissant sur une masse placée à l'intérieur de la couche sphérique est égale à zéro. En effet, on peut diviser toute la couche sphérique en petits éléments semblables aux éléments 1. Et pour tout élément il y aura toujours un autre élément dont l'effet sur la masse sera exactement inverse. En conséquence, la force gravitationnelle agissant sur la masse à l’intérieur de la couche sphérique sera égale à zéro. C'est le résultat auquel nous sommes arrivés. Il suffit de souligner que ce résultat est valable pour le cas où la force est inversement proportionnelle au carré de la distance. Si la force était proportionnelle à la distance à un degré différent, nous n’obtiendrons pas un tel résultat. On peut immédiatement transférer cette conclusion au cas des forces électriques. Imaginons à nouveau une fine couche sphérique à la surface de laquelle une charge électrique est uniformément répartie. Plaçons une autre charge à l'intérieur de cette couche. Si la force d'interaction entre les charges est inversement proportionnelle aux carrés des distances qui les séparent, alors, par analogie avec p, la force agissant sur elle depuis st le long de la couche sphérique sera nulle. Si vous placez une deuxième charge du même signe à l’intérieur du calque, elles se repousseront et se déplaceront dans des directions opposées. Cavendish dans les années 70 XVIIIe siècle fait cette expérience. Il prit une boule de métal chargée et la plaça dans une boule de métal creuse formée de deux hémisphères. La boule creuse extérieure n’était initialement pas chargée. Ensuite, la boule intérieure était reliée par un fil fin à la boule extérieure, pour laquelle un petit trou était pratiqué dans cette dernière. Après un certain temps, les hémisphères se sont séparés et la boule intérieure a été libérée. Après cela, ils l’ont connecté à l’électroscope. Qu'a montré l'électroscope ? Si l'hypothèse est correcte selon laquelle les forces d'interaction entre les charges (dans ce cas, les forces de traction) sont inversement proportionnelles au carré de la distance qui les sépare, alors l'électroscope montrera l'absence de charge. En effet, dès que la boule intérieure était reliée par un fil aux hémisphères, l'électricité commençait immédiatement à circuler de la boule le long du fil vers les hémisphères, uniformément répartie sur eux.
Après tout, il y avait une force répulsive entre les charges sur le conteneur, mais tant que la balle était isolée, les charges ne pouvaient pas en sortir. Une fois sur la boule extérieure, les charges étaient uniformément réparties sur sa surface et leur effet sur la charge située à l'intérieur de la boule cessait. Le flux de charges de la boule intérieure vers la boule extérieure se produira jusqu'à ce qu'elles quittent toutes la boule intérieure. De là, Cavendish a conclu que les forces d'interaction entre les charges électriques sont inversement proportionnelles au carré de la distance qui les sépare. Ainsi, il faut dire que Cavendish fut le premier à établir expérimentalement la loi d'interaction des charges électriques. Il n’a cependant pas rendu publique sa découverte. Et cette œuvre est restée inconnue de son vivant. Ils l'ont appris bien plus tard, seulement au milieu du siècle dernier, après que Maxwell l'ait publié. Bien sûr, à cette époque, il avait déjà un intérêt purement historique. Ne connaissant pas les recherches de Cavendish, le scientifique français Charles Coulomb (1736 - 1806) dans les années 80. XVIIIe siècle a réalisé une série d'expériences et a établi la loi fondamentale de l'électrostatique, qui a reçu son nom. Coulomb a établi, premièrement, que la force d'interaction entre les charges ponctuelles est inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare.
Cette force sera une force répulsive si les charges sont semblables, et une force attractive si les charges sont dissemblables. Deuxièmement, Coulomb a introduit le concept de quantité d'électricité et a déterminé que la force d'interaction entre les charges est proportionnelle à leur ampleur. Coulomb a également étudié expérimentalement les forces d'interaction entre aimants.
Sur la base de données expérimentales et estimant qu'à côté des charges électriques, il existe également des charges magnétiques, Coulomb est arrivé à la conclusion que les forces d'interaction entre charges magnétiques ou masses magnétiques sont également inversement proportionnelles au carré de la distance qui les sépare. À cet égard, la loi de Coulomb pour l'interaction des aimants a commencé à être exprimée comme la loi d'interaction entre les masses magnétiques m1 et m2 sous la forme de la formule : Par la suite, déjà au 19ème siècle. Il s’est avéré que les charges magnétiques n’existent pas. Mais la loi de Coulomb a continué à être utilisée pour les aimants, même si on lui donnait déjà un sens différent de celui que Coulomb lui donnait.
- Introduction du concept de potentiel à l'électrostatique
Le volume ou la surface des corps considérés était divisé en éléments de volume ou éléments de surface, et pour l'interaction des charges situées dans ces éléments de volume ou sur ces éléments de surface, la loi de Coulomb était directement appliquée, puisque de telles charges pouvaient être considérées comme des charges ponctuelles. Cependant, les problèmes de ce genre ne présentaient pas un grand intérêt. Beaucoup plus intéressants et importants étaient les problèmes dans lesquels il était nécessaire de déterminer la répartition des charges sur les conducteurs. C'est par exemple le problème de la répartition de l'électricité sur un conducteur d'une forme donnée. Il existe un conducteur d'une forme donnée. On lui donne une certaine charge électrique. Il faut trouver comment cette charge sera répartie sur le conducteur et quelle sera la « force électrique » dans l’espace entourant ce conducteur. Nous avons dit « force électrique »), et non intensité de champ électrique, car il n’y avait ni notion de champ ni notion d’intensité. Nous avons parlé de la force qui agit sur une charge placée en n'importe quel point de l'espace. Pour résoudre ce problème, il est impossible d'appliquer immédiatement la loi du Coupon, car la répartition des frais est inconnue. Que faire dans ce cas ? Coulomb a déjà esquissé un moyen de résoudre ce problème.
Il a établi que la charge électrique est localisée uniquement à la surface du conducteur, mais avec des densités superficielles différentes.
Dans ce cas, comme cela était déjà clair, les « forces électriques » agissant à l’intérieur du conducteur doivent être égales à zéro. Ce principe est à la base de la théorie qu'il a développée sur la répartition des charges le long d'un conducteur par le scientifique français Poisson XXII V début XIX V. Poisson (ainsi que Coulomb) croyait, contrairement aux opinions de Franklin et d'Epinus, qu'il existe deux fluides électriques (électricité positive et négative). Les particules d’un même liquide se repoussent et les particules de liquides différents sont attirées. Les forces d'attraction et de répulsion sont déterminées par la loi de Coulomb. Dans un état non chargé, le corps contient des quantités égales d’électricité des deux signes. Ils sont répartis uniformément et ne se révèlent pas. Le corps acquiert une charge électrique si on lui donne quantité supplémentaireélectricité d'un signe ou d'un autre. Dans les conducteurs, les particules électriques se déplacent librement ; dans les non-conducteurs, leur mouvement est difficile. Si un corps conducteur d’électricité reçoit une charge électrique, alors les particules électriques, se repoussant les unes les autres, tendront vers la surface du conducteur. Et comme le conducteur est entouré d’air non conducteur, l’électricité s’accumulera en une fine couche à sa surface. Ce processus se poursuivra jusqu'à ce que toutes les particules de matière électrique soient collectées à la surface. Et dans ce cas, les forces électriques à l’intérieur du conducteur deviendront égales à zéro, comme elles l’étaient avant que le conducteur ne reçoive une charge électrique. L'égalité à zéro de la « force électrique » à l'intérieur du conducteur est la condition principale sur la base de laquelle il est possible de résoudre le problème de la répartition de la charge électrique dans le conducteur. Et comme cette charge est située à sa surface, ils déterminent densité superficielle l'électricité sur ce conducteur. En utilisant ce principe, Poisson résout le problème de la répartition de la densité de charge électrique sur des conducteurs en forme de sphère, d'ellipsoïde ou de deux sphères se touchant. Quant à la répartition des charges à la surface de la balle, ce problème est résolu immédiatement, sur la base de la symétrie de la figure. En effet, tous les points de la surface de la balle sont exactement les mêmes, et il n'y a aucune raison pour que la densité de la charge électrique en un point diffère de sa densité en un autre point, nous arrivons donc à la conclusion que la charge électrique est réparti avec une densité uniforme sur toute la surface du ballon.
En résolvant des problèmes de répartition de l'électricité à la surface des conducteurs, Poisson a eu l'idée d'introduire une certaine fonction en fonction des coordonnées, ce qui faciliterait la solution des problèmes. Elle est géniale parce qu'elle accepte valeur constanteà la surface du conducteur. Un scientifique anglais a étudié les propriétés de cette fonction et l'a largement appliquée pour résoudre des problèmes de répartition des charges électriques. Vert 6 , qui a appelé cette fonction potentielle. Par la suite, il reçut le nom de potentiel de champ électrique. Green a découvert que ce n'est pas cette fonction elle-même qui a une signification physique, mais la différence de ses valeurs pour différents points de l'espace. En différents points du conducteur, la valeur de la fonction est toujours la même. Parlant langue moderne, la surface du conducteur est une surface équipotentielle. Outre Green, la théorie du potentiel a été développée par le mathématicien allemand K.F. Gauss xxiii . Le concept de potentiel de champ électrique est directement lié au concept d’énergie potentielle. En effet, le potentiel en un point donné est égal à l’énergie potentielle que possède une charge unitaire positive placée en ce point.
Dans ce cas, la valeur du potentiel, ainsi que l'énergie potentielle, sont déterminées avec une précision arbitraire près. À cet égard, il ne faut pas parler du potentiel d'un point donné, mais de la différence de potentiel entre deux points (ou du potentiel d'un point donné par rapport au potentiel d'un autre point sélectionné). Le potentiel, comme l'énergie potentielle, est déterminé par le travail effectué par les forces électriques lors du déplacement d'une charge dans l'espace. C'est la différence de potentiel entre deux points du champ électrique qui est égale au travail du champ pris de signe opposé pour déplacer une charge unitaire d'un point à un autre.
DÉVELOPPEMENT DE L'ÉLECTRODYNAMIQUE
- Histoire de l'invention de la cellule galvanique
Il a découvert que parfois, lorsque les muscles de la grenouille touchaient la clôture en fer, une contraction musculaire se produisait. De plus, ces phénomènes ont été observés par temps clair. Par conséquent, a décidé Galvani, dans ce cas, ce n'est plus l'orage qui est la cause du phénomène observé. Pour confirmer cette conclusion, Galvani a réalisé une expérience similaire dans la pièce. Il prit une grenouille dont le nerf spinal était relié à un crochet en cuivre et la plaça sur une plaque de fer. Il s'est avéré que lorsque le crochet en cuivre touchait le fer, les muscles de la grenouille se contractaient. Galvani a décidé qu'il avait découvert « l'électricité animale », c'est-à-dire l'électricité produite dans le corps de la grenouille. Lorsque le nerf d'une grenouille est fermé à l'aide d'un crochet en cuivre et d'une plaque de fer, un circuit fermé se forme à travers lequel circule une charge électrique (fluide ou matière électrique), ce qui provoque une contraction musculaire. Les physiciens et les médecins se sont intéressés à la découverte de Galvani. Parmi les physiciens se trouvait le compatriote de Galvani, Alessandro Volta. (1745-1827). Volta a répété les expériences de Galvani, puis a décidé de vérifier comment les muscles de la grenouille se comporteraient s'ils ne passaient pas (« l'électricité animale »), mais l'électricité obtenue à partir de l'un des muscles de la grenouille. méthodes connues. Dans le même temps, il découvre que les muscles de la grenouille se contractent de la même manière que dans l'expérience de Galvani. Après avoir effectué ce genre de recherche, Volta est arrivé à la conclusion que la grenouille n’est qu’un « appareil » qui enregistre le flux d’électricité et qu’il n’existe aucune « électricité animale » particulière.
Pourquoi, après tout, dans l’expérience de Galvani, les muscles de la grenouille enregistrent-ils le flux d’une décharge électrique ? Quelle est la source d’électricité dans ce cas ? Volta a proposé que la cause de l'électricité soit le contact de deux métaux différents. Il convient de noter que Galvani avait déjà remarqué la dépendance de la force de contraction convulsive des muscles de la grenouille au type de métaux qui forment le circuit à travers lequel circule l’électricité. Cependant, Galvani n’y prêta pas sérieusement attention. Volta, au contraire, y voyait la possibilité de construire une nouvelle théorie. En désaccord avec la théorie de « l'électricité animale », Volta a avancé la théorie de « l'électricité métallique ». Selon cette théorie, la cause de l'électricité galvanique est le contact de divers métaux. Chaque métal, croyait Volta, contient un liquide électrique ( fluide), qui, lorsque le métal n'est pas chargé, est au repos et ne se manifeste pas. Mais si vous combinez deux métaux différents, l'équilibre électrique à l'intérieur d'eux sera perturbé : le fluide électrique commencera à se déplacer. Dans ce cas , le fluide électrique dans une certaine quantité se déplacera d'un métal à l'autre, après quoi l'équilibre sera à nouveau rétabli. Mais en conséquence, les métaux sont électrifiés : l'un - positivement, l'autre - négativement. Volta les a confirmés Il a pu démontrer expérimentalement qu'en effet, avec le simple contact de deux métaux, l'un d'eux acquiert une charge positive et l'autre négative. Ainsi, Volta a découvert ce qu'on appelle la différence de potentiel de contact. prochaine expérience. Sur un disque de cuivre attaché à un électroscope ordinaire au lieu d'une boule, il plaça le même disque, fait d'un métal différent et muni d'un manche. Lors de l'application, les disques sont entrés en contact à plusieurs endroits. En conséquence, une différence de potentiel de contact est apparue entre les disques (dans la terminologie de Volta, une « différence de tension » est apparue entre les disques). Afin de détecter la « différence de tension » qui apparaît lorsque différents métaux entrent en contact, et qui est généralement faible (de l’ordre de 1 V), Volta a soulevé le disque supérieur, puis les feuilles de l’électroscope ont sensiblement divergé. Cela était dû au fait que la capacité du condensateur formé par les disques diminuait et que la différence de potentiel entre eux augmentait du même montant.
Mais la découverte de différences de potentiel de contact entre différents métaux ne pouvait pas encore expliquer les expériences de Galvani avec les grenouilles. Des hypothèses supplémentaires étaient nécessaires. Faisons un circuit fermé ordinaire de conducteurs constitués de différents métaux. Malgré le fait qu'il existe une différence de potentiel entre ces métaux, il n'y a pas de flux constant d'électricité. Cela est immédiatement clair pour le cas le plus simple de deux métaux. Prenez, par exemple, deux morceaux de fil de cuivre et de zinc et connectez leurs extrémités. Ensuite, l’un d’eux (le zinc) sera chargé d’électricité négative, et celui en cuivre sera chargé d’électricité positive. Si nous connectons maintenant les autres extrémités de ces fils, alors dans ce cas, la deuxième extrémité du fil de zinc sera électrifiée négativement, et l'extrémité correspondante du fil de cuivre sera électrifiée positivement. Et il n’y aura pas de flux constant d’électricité dans le circuit. Mais ce ne sont pas seulement les métaux qui ont été combinés dans l’expérience de Galvani. La chaîne comprenait également des muscles de grenouille, qui contenaient également du liquide. C’est là tout l’intérêt, décida Volta. Il a suggéré que tous les conducteurs soient divisés en deux classes : les conducteurs du premier type – les métaux et quelques autres solides, et les conducteurs du deuxième type – les liquides. Dans le même temps, Volta a décidé qu'une différence de potentiel n'apparaît que lorsque les conducteurs du premier type entrent en contact. Cette hypothèse expliquait l'expérience de Galvani.
À la suite du contact de deux métaux différents, l'équilibre électrique qu'ils contiennent est perturbé. Cet équilibre est rétabli grâce à la combinaison des métaux dans le corps de la grenouille. Ainsi, l’équilibre électrique est constamment perturbé et rétabli à tout moment, ce qui signifie que l’électricité circule tout le temps. Cette explication de l'expérience de Galvani est incorrecte, mais elle a donné à Volta l'idée de créer une source de courant continu - une batterie galvanique. Et en 1800, Volta a construit la première batterie galvanique : le pôle voltaïque. La colonne voltaïque était constituée de plusieurs dizaines de plaques rondes d’argent et de zinc placées les unes sur les autres. Des tasses en carton imbibées d'eau salée étaient placées entre des paires d'assiettes. Un tel appareil servait de source de courant électrique continu. Il est intéressant de noter que comme argument en faveur de l'existence d'un courant électrique Volta fut de nouveau attirée par les sensations immédiates de l'homme. Il a écrit que si les plaques extérieures sont fermées à travers le corps humain, alors au début, comme dans le cas du pot de Leyde, la personne ressent une sensation de choc et de picotement. Il y a alors une sensation de brûlure continue, « qui non seulement ne s’atténue pas », dit Volta, « mais devient de plus en plus forte, devenant bientôt insupportable, jusqu’à ce que le circuit s’ouvre ». L'invention de la colonne voltaïque - la première source de courant continu - fut d'une grande importance pour le développement de la doctrine de l'électricité et du magnétisme. Quant à l’explication de l’action de cet appareil Volta, elle était, comme nous l’avons vu, erronée. Cela a été rapidement remarqué par certains scientifiques. En effet, selon la théorie de Volta, il s'est avéré qu'aucun changement ne se produit dans l'élément galvanique pendant son fonctionnement. Un courant électrique circule dans un fil, le chauffe, peut charger un pot de Leyde, etc., mais la cellule galvanique elle-même reste inchangée. Mais un tel dispositif n'est rien d'autre qu'une machine à mouvement perpétuel qui, sans changer, produit un changement dans les corps environnants, notamment travail mécanique. Vers la fin du XVIIIe siècle. Parmi les scientifiques, il existe déjà une opinion largement répandue sur l'impossibilité de l'existence d'une machine à mouvement perpétuel. Par conséquent, beaucoup d’entre eux ont rejeté la théorie de l’action de l’élément galvanique inventée par Volta. Contrairement à la théorie de Volta, il a été proposé théorie chimique pile galvanique. Peu après son invention, on a remarqué que dans une cellule galvanique, réactions chimiques, dans lequel pénètrent les métaux et les liquides.
La théorie chimique correcte de l'action de l'élément galvanique a remplacé la théorie de Volta. Après la découverte de la colonne Voltaïque, les scientifiques différents pays a commencé à étudier les effets du courant électrique. Dans le même temps, l’élément galvanique lui-même a été amélioré. Déjà Volta, avec le «pilier», a commencé à utiliser une batterie à coupelles de cellules galvaniques plus pratique. Pour étudier les effets du courant électrique, ils ont commencé à construire des batteries de plus en plus grandes et un grand nombreéléments. La plus grande batterie du tout début du XIXe siècle. construit par le physicien russe Vasily Vladimirovich Petrov (1761 - 1834) à Saint-Pétersbourg. Sa batterie était composée de 4 200 cercles de zinc et de cuivre. Les mugs étaient placés horizontalement dans la boîte et séparés par des intercalaires en papier imbibés d'ammoniaque. La batterie de Petrov a été décrite par lui dans son livre (« Nouvelles des expériences de Galvani-Volta », publié en Russie en 1803. Les premières étapes de l'étude du courant électrique étaient liées à ses actions chimiques. Déjà la même année où Volta inventait la batterie galvanique, On a découvert la propriété du courant électrique de décomposer l'eau, qui a été suivie par la décomposition de solutions de certains sels par le courant électrique.
En 1807, le chimiste anglais Davy découvre de nouveaux éléments par électrolyse de fusions alcalines caustiques : le potassium et le sodium. Etude de l'effet chimique du courant et clarification procédés chimiques, apparaissant dans les cellules galvaniques, a conduit les scientifiques à développer la théorie du passage du courant électrique à travers les électrolytes. Suite à l’étude des effets chimiques du courant, les scientifiques se sont tournés vers ses effets thermiques et optiques. Le résultat le plus intéressant de ces études se situe au tout début du XIXe siècle. fut la découverte de l'arc électrique par Petrov. La découverte faite par Petrov a été oubliée. De nombreux scientifiques, notamment étrangers, ne le connaissaient pas, puisque le livre de Petrov était écrit en russe. Ainsi, lorsque Davy redécouvrit l'arc électrique en 1812, il fut considéré comme l'auteur de cette découverte. La plupart événement important, qui a rapidement conduit à de nouvelles idées sur les phénomènes électriques et magnétiques, a été la découverte de l'action magnétique du courant électrique. Nous passons maintenant à la présentation de l'histoire de cette découverte.
Loi d'interaction des corps chargésétait ouvrir Physicien français Charles Augustin Pendentif en 1785. Il a réalisé une mesure directe de la force d'interaction entre deux corps chargés à l'aide d'une balance de torsion (Fig. 4.50).
La loi de coulomb concerne les corps ponctuels fixes avec des charges électriques.
La partie principale de la balance de torsion est un culbuteur léger en diélectrique et suspendu à un mince fil métallique. Une boule plaquée or est fixée à une extrémité de la bascule un du noyau d'une branche de sureau. Un contrepoids est placé à la deuxième extrémité du culbuteur c, qui équilibre le ballon.
L'extrémité supérieure du fil est fixée au centre de la tête B, qui peut tourner. En tournant la tête selon un certain angle, dont la valeur est mesurée sur une échelle spéciale, vous pouvez modifier la position du culbuteur UN. Le culbuteur avec le fil est situé dans un boîtier en verre, qui protège le culbuteur et le fil de l'action de l'air en mouvement.
Il y a un trou dans le couvercle du récipient à travers lequel la balle est insérée à l'intérieur b, de taille égale à une balle un et posé sur la poignée isolante. L'échelle indiquée sur surface latérale corps en verre, vous permet de déterminer la distance angulaire entre les billes, qui peut être facilement convertie en distance linéaire.
Au cours de l’expérience, les positions des deux billes à l’état non chargé sont d’abord notées. Après cela, la balle est retirée b et donnez-lui une certaine charge électrique. En insérant la balle dans le trou du couvercle, touchez la balle avec un sur la bascule. Depuis le bal un acquis une charge du même nom que la charge du ballon b, puis il commencera à bouger en tournant la bascule. Tourner la tête B, remettre la bascule dans sa position d'origine. En fonction de l'angle de rotation de la tête et des propriétés élastiques du fil, la force qui agit sur la balle est calculée un. Pour établir comment cette force dépend de la valeur des charges des balles, nous avons retiré la balle b, en a retiré la charge électrique et a touché à nouveau la balle avec un. Les accusations reçues étaient deux fois moins importantes que dans le premier cas. De cette manière, on a obtenu des charges dont les valeurs n'étaient pas exprimées un certain nombre, mais leurs relations étaient connues :
q1 :Q2 :q3= 1 : ½ : ¼…
Ainsi, les rapports de forces mesurés pour chaque cas étaient les suivants : Matériel du site
F1 : F2 : F3= 1 : ¼ : 1/16.
Si la valeur de chaque charge diminuait de 2 fois, alors la force d'interaction diminuait en conséquence de 4 fois. De là, on a conclu que la force est proportionnelle au produit des valeurs de charge.
En modifiant la distance entre les balles, Pendentifétabli que, avec des charges constantes sur elles, la force d'interaction entre elles est inversement proportionnelle au carré de la distance entre les centres des boules.
La loi de coulomb - une loi fondamentale de la nature.