静电力平方反比律是如何建立的?
最早提出电力平方反比定律的是普瑞斯特列。普瑞斯特列的好友富兰克林曾观察到放在金属杯中的软木小球完全不受金属杯上电荷的影响,他把这现象告诉了普瑞斯特列,希望他重做此实验。1766年,普瑞斯特列做了富兰克林提出的实验,他使空腔金属容器带电,发现其内
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面没有电荷,而且金属容器对放于其内部的电荷明显地没有作用力。他立刻想到这一现象与万有引力的情况非常相似。因此他猜想电力与万有引力有相同的规律,即两个电荷间的作用力应与他们之间距离的平方成反比。在1767年普瑞斯特列写了一本《电的历史和现状》。
1769年,爱丁堡的约翰·罗伯逊首先用直接测量方法确定电力的定律,他得到两个同号电荷的排斥力与其距离的2.06次方成反比。他推断正确的电力定律是平方反比律,他的研究结果是多年之后(1801年)发表才为人所知。
1772年英国物理学家卡文迪许遵循普瑞斯特列的思想以实验验证了电力平方反比定律。他将一个金属球形容器固定在一绝缘支柱上。用玻璃棒将两个金属半球固定在铰链于同一轴的两个木制框架, 使这两个半球构成与球形容器同心的绝缘导体球壳。用一根短导线连接球形容器和两个半球,利用一根系于短导线上的丝线来移动导线。卡文迪许先用短导线使球形容器与两半球相连。用莱顿瓶使两半球带电,莱顿瓶的电位可事先测定,随后通过丝线将短导线抽去。再将两半球移开,并使之放电。然后用当时最准确的木髓球静电计检测球形容器上的带电状态。静电计并未检测到球形容器上有任何带电的迹象。他用实验和计算的方法得出电力与距离成反比的方次与2的差值不大于0.02。卡文迪许的实验得出的定量结果与十三年后(1785年)库伦用扭秤直接测量所得的结果的准确度相当,但他的研究成果都没有发表。是一百年后麦克斯韦整理卡文迪许的大量手稿时才将上述结果公诸于世的。
最为著名的是法国物理学家库伦的研究工作。库伦曾从事毛发和金属丝扭转弹性的研究,这导致他在1777年发明了后来被称为库伦秤的扭转天平或扭秤。1784年库伦发表论文,介绍他发现的扭转力与线材直径、长度、扭转角度以及与线材物理特性有关的常数之间的关系,还介绍了用扭秤测量各种弱力的方法。同年,库伦响应法国科学院有赏征集研究船用罗盘,他的科学生涯开始从工程、建筑转向电、磁的研究。1785年库伦
设计
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制作了一台精确的扭秤,用扭秤实验证明了同号电荷的斥力遵从平方反比律,用振荡法证明异号电荷的吸引力也遵从平方反比定律。库伦的研究工作得到了普遍的承认,而平方反比定律也就以库伦来命名了.
简述法拉第电磁学研究的主要成就
法拉第在物理学方面的主要贡献是对电磁学进行了比较系统的实验研究,发现了电磁感应现象,总结出电磁感应定律;发明了电磁学史上第一台电动机和发电机;发现了电解定律;提出电场、磁场第重要概念。他是十九世纪电磁域中最
伟大的实验家。
(1)制作了历史上第一台电动机. 1821年9月3日,法拉第重做了奥斯特的实验,他用小针放在放在载流铜导线周围的不同位置,发现小磁针有沿着环绕以导线为轴的圆周旋转的倾向。根据这一现象,法拉第设计制作了一种“电磁旋转器”,让载有电流的导线在一个马蹄形磁铁的磁场中转动,这就是科学史上最早的一台电动机
(2)发现了电磁感应现象.法拉第在1831年11月24日,向英国伦敦皇家学会
报告
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了他的重大发现,归纳出产生感应电流的五种情况:一、变化着的电流;
二、变化着的磁;三、运动的稳恒电流;四、运动的磁铁;五、在磁场中运动的导线。法拉第在报告中,把他所观察的现象正式定名叫“电磁感应”。
(3)在实验基础上总结出法拉第电磁感应定律.1851年在《论磁力线》一书中正式提出电磁感应定律:“形成电流的力和所切割的磁力线根数成正比”。
(4)制成第一台圆盘发电机.在发现电磁感应现象以后,法拉第设计了圆盘发电机实验把一个铜盘放在一个大的马蹄形磁铁的两极中间,铜盘的轴和边缘各引出一根导线,同电流计相连,构成闭合回路。当铜盘旋转的时候,电流计指示出回路中有电流产生。这就是发电机的雏形。
(5)提出了电场和磁场的概念.法拉第的又一个重要成果,是提出了场的概念和力线的图象。他反对电、磁之间超距作用的说法,设想带电体、磁体或电流周围空间存在一种从电或磁激发出来的物质,它们无所不在,是一种象以太那样的连续介质,起到传递电力、磁力的媒介作用。他把这些物质称做电场、磁场。法拉第还凭借着惊人的想象力,和流体力学中的流场类比,提出电场和磁场是由力的线和力的管子组成的,正是这些力线、力管,把不同的电荷、磁体或电流连接在一起。1852年,他用铁粉显示出磁棒周围磁力线的形状。
(6)暗示了电磁波存在的可能性,并预言了光可能是一种电磁振动的传播1832年,法拉第还用极深邃的物理洞察力对光和电的关系作出了研究。他给英国伦敦皇家学会写了一封密封信,信上写着:“现在应当收藏在皇家学会的档案馆里的一些新的观点。”这封信在档案馆里躺了一百多年,直到1938年才为后人重新发现,启了封。法拉第在信中预言了磁感应和电感应的传播,暗示了电磁波存在的可能性,还预言了光可能是一种电磁振动的传播。他还发现了光的偏振面在磁场中旋转的旋光效应。
卡诺是如何得出他的热机理论的?
卡诺以找出热机不完善性的原因作为研究的出发点,阐明从热机中获得动力的条件就能够改进热机的效率。卡诺
分析
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了蒸汽机的基本结构和工作过程,撇开一切次要因素,由理想循环入手,以普遍理论的形式,作出关于消耗热而得到机械功的结论。
他指出,热机必须在高温热源和低温热源之间工作,“凡是有温度差的地方就能够产生动力;反之,凡能够消耗这个力的地方就能够形成温度差,就可能破坏热质的平衡。”他构造了在加热器与冷凝器之间的一个理想循环:汽缸与加热器相连,汽缸内的工作物质水和饱和蒸汽就与加热器的温度相同,汽缸内的蒸汽
如此缓慢地膨胀着,以致在整个过程中,蒸汽和水都处于热平衡。然后使汽缸与加热器隔绝,蒸汽绝热膨胀到温度降至与冷凝器的温度相同为止。然后活塞缓慢压缩蒸汽,经过一段时间后汽缸与冷凝器脱离,作绝热压缩直到回复原来的状态。这是由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环,即后来所称的“卡诺循环”。
卡诺根据热质守恒思想和永动机不可能制成的原理,进一步证明了在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切实际热机,其效率都不会大于在同样的热源之间工作的可逆卡诺热机的效率。卡诺由此推断:理想的可逆卡诺热机的效率有一个极大值,这个极大值仅由加热器和冷凝器的温度决定,一切实际热机的效率都低于这个极值。
卡诺的研究具有多方面的意义。他的工作为提高热机效率指明了方向;他的结论已经包含了热力学第二定律的基本思想,只是热质观念的阻碍,他未能完全探究到问题的最终
答案
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2010-12-16
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