Закон сохранения заряда. Закон Кулона

Металлический шар разряжается, если коснуться его в одной точке, стеклянная же палочка – если провести рукой по всей ее заряженной поверхности. Это наводит на мысль, что в металлах заряды перемещаются свободно, а в стекле и пластмассе – нет.

 

Величину заряда можно определять электрометром, поскольку о величине заряда можно судить по углу отклонения стрелки. Таким способом можно выбрать какой-то единичный заряд, однако, в системе СИ выбор единицы заряда несколько иной. Рассмотрим его позднее.

 

 

Опыты с палочкой и бумагой наводят на мысль, что заряды разных знаков в телах строго скомпенсированы, и при разделении их алгебраическая сумма равна нулю. Это подтверждается касанием палочкой и бумагой двух разных электроскопов. Лепестки на них расходятся на равные углы. В замкнутой системе, в которую заряды не приводятся извне, полный заряд сохраняется. Бенджамин Франклин (1749) называл эту субстанцию «электрическим огнем» и утверждал, что «обыкновенная материя по отношению к электрической жидкости является как бы своеобразной губкой». Тела передают друг другу электрическую субстанцию, полное количество которой сохраняется. Избыток этой субстанции воспринимается как заряд одного знака, недостаток – как заряд другого. Частицы электрической субстанции отталкиваются друг от друга и конденсируются на остриях.

Так возникла идея молниеотвода, электрическая природа молнии была понята Франклином.

 

Когда люди подошли к количественному описанию взаимодействия зарядов, закон всемирного тяготения Ньютона уже дал прекрасные результаты в описании движения планет. Поэтому представлялось естественным искать закон электрического взаимодействия в следующем математическом виде

Шарль Кулон в 1785 году на основе своих исследований взаимодействия заряженных маленьких шариков, показал, что закон имеет именно такой вид с n=2. То есть, математически в точности соответствует закону всемирного тяготения. Для исследований он использовал установку, принципиальное устройство которой изображено на рисунке

Заряженные шарики вращались на легком коромысле, силу из взаимодействия можно было измерять. Кулон догадался, что, коснувшись заряженным шариком такого же незаряженного, мы уменьшаем заряд исходного ровно в два раза. Так была изучена зависимость силы от величины зарядов. Зависимость от расстояния измерена непосредственно. Для единицы заряда, называемой кулон, постоянная k=9*10⁹ Н*м²/Кл².

 

К подобному выводу пришел Генри Кавендиш еще в 1771 году. Поэтому первооткрывателем закона взаимодействия точечных зарядов следует считать его. Но свои труды он не публиковал. Проверка математического вида закона имела принципиальную важность. Поэтому она проводилась вплоть до конца XIX века, когда Максвелл подтвердил закон Кулона с очень высокой точностью. Показатель n был измерен с высокой точностью . Для столь высокоточной проверки использовался факт, что равномерно заряженная сфера никак не действует на заряженное тело, помещенное в любую ее внутреннюю точку. Если же коснуться им внутренней поверхности сферы, то заряд этого тела должен целиком перейти на нее. Остаточный заряд тела легко измерить. Он оказался равным нулю.