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電量的單位、電力學第一條物理公式──庫倫誕辰 │ 科學史上的今天:6/14

自 1746 年可以貯存靜電的萊頓瓶發明後,科學家們才能展開電學的研究。不過,也因為這是人類首度能「把玩」神秘的電,沒有說哪種專長就比較高明,因此初期的研究者來自各種不同背景。例如富蘭克林是政治家、他的朋友普利斯特利(Joseph Priestley)是化學家、卡文迪許是物理學家、伽伐尼(Luigi Galvani)是醫生,而庫倫(Charles-Augustin de Coulomb, 1736-1806)在四十歲之前根本就是軍中的結構工程師。

庫倫自法國皇家軍事工程學校畢業後即加入軍隊,至各處建造防禦工事與軍事工程。1777 年,法國科學院懸賞改良羅盤,以便於海上航行可以遵循更精確的航向。搞了十幾年結構工程的庫倫認為他的力學知識可以提出改進方案,於是著手撰寫論文參加此科學競賽。而這成了一個重要的轉捩點──不論是對他個人人生或是對電學的發展而言。

庫倫認為羅盤上的磁針架在軸上必然會有摩擦而影響擺動,因此提出改用頭髮或細絲懸吊磁針。庫倫在研究過程中找出細線扭轉時的扭力與指針轉動角度的比例關係,因而發明了扭力計,可以測出極為微小的磁力。這篇論文果然贏得了首獎,庫倫因此從工程轉而專注於科學理論的研究,而他所發明的扭力計將成為測量電力的關鍵工具。

庫倫先埋首於摩擦力的研究,於 1781 年發表論文指出摩擦力與壓力成正比,分別提出靜摩擦與動摩擦的公式。這篇論文再度獲得法國科學院的論文首獎,他也於次年當選為法國科學院院士。他接著投入電學的研究,用扭力計測量靜電彼此間的斥力與距離的關係。

其實早在 1766 年,普利斯特利在回覆富蘭克林的信中就大膽猜測靜電力也跟萬有引力一樣,與距離的平方成反比。卡文迪許也在 1770 年曾做過未公開發表的實驗,推論電荷之間遵守平方反比定律。不過終究是庫倫於 1785 年用扭力計無懈可擊地證明了這個如今以他為名的「庫倫定律」──兩個帶電物體間的作用力大小與距離平方成反比,與帶電量乘積成正比。

庫倫定律是電學的第一條物理公式,因此是電學上一個重要的里程碑,代表電學的研究從定性跨入定量的階段。為了表彰他的成就,庫倫成為電量的單位,代表一安培的電流在一秒內通過導線截面積的電量。

 

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。