Трактат об электричестве и магнетизме

74 а. Факт обратной пропорциональности силы, действующей между заряженными телами, квадрату расстояния между ними можно считать установленным прямыми опытами Кулона с крутильными весами. Однако выводимый из этих опытов результат с необходимостью содержит погрешность, обусловленную случайными ошибками каждого эксперимента, а как раз в опыте с крутильными весами такие ошибки у не слишком искусного экспериментатора весьма ощутимы.

Значительно более точное подтверждение закона действия силы может быть получено из опыта, аналогичного описанному в п. 32 (опыт VII).

В до сих пор ещё не опубликованной работе по электричеству Кавендиш показал, что справедливость закона обратных квадратов определяется результатами такого опыта.

Он закрепил шар на изолирующей подставке и присоединил две полусферы с помощью стеклянных стержней к двум деревянным рамам, вращающимся на петлях вокруг оси, так что при сближении рам эти полусферы образовывали изолированную сферическую оболочку, концентрическую шару.

Шар можно было соединять с полусферами с помощью короткой проволочки, подвешенной на шёлковой нити, так что проволочку можно было удалять, не разряжая прибора.

С помощью лейденских банок, потенциал которых был предварительно измерен электрометром, он заряжал полусферы, соединённые с шаром, и тотчас же вытаскивал соединяющую проволочку с помощью шёлковой нити, разводил и разряжал полусферы и проверял электрическое состояние шара с помощью шарового электрометра.

Этот электрометр, считавшийся в то время (1773 г.) самым чувствительным, не обнаружил никаких следов заряда.

Затем Кавендиш сообщал шару заряд, составляющий известную долю заряда, ранее сообщённого полусферам, и вновь исследовал шар электрометром.

Таким образом он установил, что заряд шара в первоначальном опыте должен: быть менее 1/60 заряда всей установки, так как больший заряд был бы обнаружен электрометром.

Затем он рассчитал отношение заряда на шаре к заряду на полусферах в предположении, что сила расталкивания обратно пропорциональна расстоянию в степени, слегка отличающейся от двойки, и нашёл, что если бы это отличие составляло 1/50, то на шаре был бы заряд равный 1/57 от заряда всей установки, т. е. его мог бы обнаружить электрометр.

74 б. Недавно этот опыт был повторён в Кавендишской Лаборатории в несколько ином виде.

Полусферы были закреплены на изолированной подставке, а шар закреплён внутри в надлежащем положении с помощью эбонитового кольца. В таком приспособлении изолирующая подставка шара никогда не находится под действием заметной электрической силы и, следовательно, никогда не заряжается, так что полностью исключается искажающее действие переползания электричества вдоль поверхности изолятора.

Полусферы не отводились перед проверкой потенциала шара. Они оставались на своём месте, но разряжались на землю. Влияние заданного заряда шара на электрометр в этом случае было меньше, чем при отведённых полусферах, но этот недостаток с лихвой искупался полнейшей защитой от всех внешних электрических воздействий благодаря проводящим оболочкам.

Короткая проволочка, обеспечивавшая соединение оболочки с шаром, была прикреплена к небольшому металлическому диску, прикрывавшему небольшое отверстие в оболочке, так что, когда проволочка вместе с диском приподнималась с помощью шёлковой нити, в отверстие можно было погрузить электрод электрометра до контакта с находящимся внутри шаром.

Электрометром служил Томсоновский Квадрантный Электрометр, описанный в п. 219. Корпус электрометра и один из его электродов были всё время соединены с землёй, а измерительный электрод соединялся с землёй до разрядки оболочки.

Для определения первоначального заряда оболочки на значительном расстоянии от неё располагался на подставке небольшой латунный шарик.

Опыт проводился следующим образом.

Оболочка заряжалась контактом с лейденской банкой. Небольшой шарик соединялся с землёй и приобретал отрицательный заряд через индукцию, после чего он изолировался. Проволочка, соединявшая шар и оболочки, удалялась с помощью шёлковой нити. Затем оболочка разряжалась и оставалась заземлённой. Измерительный электрод отключался от земли, и через отверстие в оболочке приводился в контакт с шаром.

Электрометр не регистрировал ни малейшего эффекта.

Для проверки чувствительности прибора оболочка отсоединялась от земли, а небольшой шарик разряжался на землю. При этом электрометр показывал положительное отклонение D.

Отрицательный заряд на шарике составлял около 1/54 от первоначального заряда оболочки, положительный заряд, индуцированный этим шариком при заземлении оболочки, составлял около 1/9 заряда шарика. Таким образом, после заземления шарика потенциал оболочки, регистрируемый электрометром, составлял 1/486 её первоначального потенциала.

Если бы отталкивание было пропорционально r^q-2, то потенциал шара составлял бы долю -0,1478q от потенциала оболочки согласно уравнению (22) п. 74 г.