库仑扭秤kulun niucheng

库仑设计的用以直接测定两个静止点电荷的相互作用力的实验装置。扭秤的结构如下图，悬丝与秤头固定，秤头可带动悬丝转动，其转角β可由秤头刻度读出。在悬丝下端挂一横杆，杆的一端有一小球A，另一端有一平衡物P，横杆可带悬丝绕悬丝轴转动，其转角α可由大圆筒外的刻度读出。A的旁边还有一固定小球B。令A、B带同性电荷，A因受B的斥力而转过一定角度，直至悬丝的扭力矩与A所受的静电力矩平衡为止。设此时读数为α₁，相应的A、B之间的距离为γ₁。由悬丝扭角可测知点电荷A、B之间的静电力。为测得静电力与距离的关系，需要在不改变A、B各自所带电量的前提下改变A、B之间的距离。为此让秤头沿相反方向扭转悬丝，使球A重新向B球靠近，例如使得A球与B球的距离γ₂＝γ₁/2。读出此时秤头反向转过的角度β2（由秤头刻度读出）和横杆正向转过的角度α₂。A、B球相距γ₂时的静电力可由此时悬丝扭转的角度α₂+β₂而获得，即悬丝扭角ᵠ为横杆正向转角α与秤头反向转角β之和。当γ=γ₁时，β₁＝0,ᵠ₁＝α₁+β₁＝α₁；当γ=γ₂＝γ₁/2时，ᵠ₂＝α₂+β₂。库仑的原始实验数据如下表所示：

球A、B电量不变情 况下的两次实验	横杆转角α	秤头转角β	悬丝扭角 φ=α+β
1	36°	0°	36°
2	18°	126°	144°

由表可知，从实验1到实验2,A、B间的夹角减至一半(18°/36°=1/2)。故距离减至一半（近似认为距离与夹角成正比），而悬丝扭角ᵠ增至4倍(144°/36°=4)，说明当距离减少1/2时扭力矩增至4倍。也就是两个点电荷之间的作用力与距离平方成反比。