Особую роль в изучении и создании единства в электрических явлениях сыграл известный физик Шарль Кулон. В данной статье мы поведем разговор об основном законе электростатики.

Электрические явления в конце XVII века перестали быть чем-то загадочным, так как приближалась эра образования единства, которое ученые того времени пытались описать несколькими основными принципами. Приближалось время перехода от качества к количеству в опытных исследованиях.

С электричеством работало много ученых, например, петербургский академик Ф. Эпинуса, который в своих математических рассмотрениях этого вопроса говорил: «Каждое тело, которое находится в естественном состоянии, наделено определенным количеством электричества. Элементарные частицы электрического флюида могут взаимно притягиваться и отталкиваться к обычной материи. Проявление электрических эффектов происходит в том случае, когда количество электрического флюида превышает или меньше количества естественного состояния тела».

Эпинус говорил, что не может взять на себя ответственность с определением данных функциональных зависимостей. Но если бы ему дали выбор, то он бы отдал предпочтение утверждению, что величины имеют изменение обратно пропорциональное квадратам расстояний. Он считал, что такое предположение можно считать более правдоподобным, так как в его пользу говорит аналогия с другими природными явлениями. Поддержал идею Эпинуса и Генри Кавендиш, который в своих статьях неоднократно упоминал гипотезы Эпинуса с одним изменением: «Притяжение двух электрических зарядов можно считать обратно пропорциональным некоторой степени расстояния, которая пока не имеет точного значения».

Кавендиш при помощи математических выражений пытался объяснить и сделать определенный вывод: «Электрические заряды должны подчиняться закону обратных квадратов, а электрический заряд находится на поверхности проводника». Таким рассуждением Кавендиш наметил косвенный путь становления закона взаимодействия электрических зарядов.

Основной трудностью при становлении «закона электрической силы» было то, что в то время не представлялось возможным создание экспериментальной ситуации, при которой пондемоторные силы приравнивались к силам, действующим между электрическими зарядами.

Наверное, оптимально решить эту проблему попытался англичанин Дж. Робайсон (1739-1805).

Робайсон использовал экспериментальный метод, который основывался на идее о том, что взаимодействующие электрические заряды необходимо считать точечными. В этом методе принято считать, что размеры сфер, на которых сосредоточены электрические заряды имеют меньшие размеры, чем расстояния между центрами сфер. Робайсон описал свою экспериментальную установку в труде «Система механической философии», который был издан уже после смерти автора в 1822 году.

В своей работе Робайсон писал: «Взаимодействие между сферами в точности пропорциональное обратному квадрату расстояния между центрами сфер».

Известно, что основной закон электростатики не назван именем Робайсона. Ошибка Робайсона заключалась в том, что о своих результатах он заявил миру только в 1801 году, а подробно описал еще позже. В этот период уже везде знали о достижениях ученого из Франции – Шарля Кулона.

Шарль Огюстен Кулон появился на свет в юго-западной провинции Франции – городке Ангулеме. Сразу после его рождения родители Шарля решили переехать в Париж.

Первые занятия Шарль посещал в Коллеже четырех наций (Коллеже Мазарини). В дальнейшем отец Шарля был разорен и уехал от семьи на юг Франции, а конфликт сына с матерью привел к тому, что мальчику пришлось уехать к отцу.

Впервые Шарль Кулон представил свою научную работу «Геометрический очерк среднепропорциональных кривых» на заседании Королевского научного общества Монполье в 1757 году. После этого он принимал активное участие в работе данного общества и представил еще целый ряд работ – две по математике и три по астрономии.

В 1760 году Шарлю удается поступить в Мезьерскую школу военных инженеров, которую заканчивает уже в следующем году и получает назначение в порт на западном побережье Франции. В дальнейшем Кулон попадает в Мартинику, где за 8 лет переносит несколько серьезных заболеваний, которые сказались на его здоровье.

После возвращения домой Кулон продолжает свои исследования. При этом совмещает научную деятельность с своими прямыми обязанностями – ремонт и строительство различных объектов. В этот период Кулон пытается создать оптический метод изготовления магнитных стрелок для точных измерительных приборов магнитного поля Земли. Такая задача была поставлена на конкурсе Парижской академии наук, в котором Кулон завоевал призовое место.

Начиная с 1777 года, Кулон занялся созданием точных измерительных приборов. Исследуя кручение тонких металлических нитей, Кулон создает крутильные весы, которые обладают высокой чувствительностью при измерении малых сил различной природы. Он решил использовать его в электричестве и магнетизме.

Главным достижением Кулона в области электричества – это открытие основного закона электродинамики, который описывает взаимодействие неподвижных точечных зарядов.

Основной закон электродинамики Кулона звучит так: «Сила отталкивания двух небольших шариков, которые наэлектризованы электричеством одинаковой природы, обратно пропорциональна квадрату расстояния между центрами сфер».

Кулон произвел измерения зависимостей силы противодействия одинаковых зарядов от расстояния и осуществил множество опытов. Ученый анализирует результаты 3 экспериментальных замеров, при которых расстояния между зарядами относились как 36. 18: 172, а соответствующие силы отталкивания — как 36: 144- 5751, то есть силы почти точно обратно пропорциональны квадратам расстояний. В практическом аспекте результаты опыта имели отличия от теоритического закона. Кулон считал причиной данного недостатка, тот факт, что в период проведения опыта электричество менялось.

Труднее оказалось сделать замер притяжения, так как тяжело создать помеху подвижному шарику весов войти в соприкосновение с другим шариком, имеющим противоположный заряд. Но Кулон все-таки это сделал. Результат лишний раз подтвердил правильность закона обратных квадратов.

Поэтому принято считать, что именно Кулон стал автором основ электростатики. Ему удалось получить экспериментальные результаты, которые имеют фундаментальное и прикладное значение.