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2 库仑的贡献（第1页）

2。库仑的贡献

电学是物理学的一个重要分枝，在它的发展过程中，很多物理学巨匠都曾作出过杰出的贡献。法国物理学家查利·奥古斯丁·库仑就是其中影响力非常巨大的一员。

库仑家里很有钱，在青少年时期，他就受到了良好的教育。他后来到巴黎军事工程学院学习，离开学校后，他进入西印度马提尼克皇家工程公司工作。工作了八年以后，他又在埃克斯岛瑟堡等地服役。这时库仑就已开始从事科学研究工作，他把主要精力放在研究工程力学和静力学问题上。

他在军队里从事了多年的军事建筑工作，为他1773年发表的有关材料强度的论文积累了材料。在这篇论文里，库仑提出了计算物体上应力和应变的分布的方法，这种方法成了结构工程的理论基础，一直沿用到现在。

1777年法国科学院悬赏，征求改良航海指南针中的磁针的方法。库仑认为磁针支架在轴上，必然会带来摩擦，要改良磁针，必须从这根本问题着手。他提出用细头发丝或丝线悬挂磁针。同时他对磁力进行深入细致的研究，特别注意了温度对磁体性质的影响。他又发现线扭转时的扭力和针转过的角度成比例关系，从而可利用这种装置算出静电力或磁力的大小。这导致他发明了扭秤，扭秤能以极高的精度测出非常小的力。由于成功地设计了新的指南针结构以及在研究普通机械理论方面作出的贡献，1782年，他当选为法国科学院院士。为了保持较好的科学实验条件，他仍在军队中服务，但他的名字在科学界已为人所共知。

库仑在1785年到1789年之间，通过精密的实验对电荷间的作用力作了一系列的研究，连续在皇家科学院备忘录中发表了很多相关的文章。

1785年，库仑用自己发明的扭秤建立了静电学中著名的库仑定律。同年，他在给法国科学院的《电力定律》的论文中详细地介绍了他的实验装置，测试经过和实验结果。

库仑的扭秤是由一根悬挂在细长线上的轻棒和在轻棒两端附着的两只平衡球构成的。当球上没有力作用时，棒取一定的平衡位置。如果两球中有一个带电，同时把另一个带同种电荷的小球放在它附近，则会有电力作用在这个球上，球可以移动，使棒绕着悬挂点转动，直到悬线的扭力与电的作用力达到平衡时为止。因为悬线很细，很小的力作用在球上就能使棒显著地偏离其原来位置，转动的角度与力的大小成正比。库仑让这个可移动球和固定的球带上不同量的电荷，并改变它们之间的距离：

第一次，两球相距36个刻度，测得银线的旋转角度为36度。

第二次，两球相距18个刻度，测得银线的旋转角度为144度。

第三次，两球相距8。5个刻度，测得银线的旋转角度为575。5度。

上述实验表明，两个电荷之间的距离为4：2：1时，扭转角为1：4：16。由于扭转角的大小与扭力成反比，所以得到：两电荷间的斥力的大小与距离的平方成反比。库仑认为第三次的偏差是由漏电所致。

经过了这么巧妙的安排，仔细实验，反复的测量，并对实验结果进行分析，找出误差产生的原因，进行修正，库仑终于测定了带等量同种电荷的小球之间的斥力。

但是对于异种电荷之间的引力，用扭称来测量就遇到了麻烦。因为金属丝的扭转的回复力矩仅与角度的一次方成比例，这就不能保证扭称的稳定。经过反复的思考，库仑发明了电摆。他利用与单摆相类似的方法测定了异种电荷之间的引力也与它们的距离的平方成反比。

最后库仑终于找出了在真空中两个点电荷之间的相互作用力与两点电荷所带的电量及它们之间的距离的定量关系，这就是静电学中的库仑定律，即两电荷间的力与两电荷的乘积成正比，与两者的距离平方成反比。库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律，它使电学的研究从定性进入定量阶段，是电学史中的一块重要的里程碑。电荷的单位库仑就是以他的姓氏命名的。

库仑滴定装置是一种恒电流电解装置（图1，е为电极）。通过电解池的电流可由精密检流计G显示，也可由精密电位计测量标准电阻上的电压而求得。电解池有两对电极（图2），一对是指示终点的电极；另一对为进行库仑测定的电极，其中与被测定物质起反应的电极称工作电极，另一个称辅助电极。为了防止两个电极之间相互干扰，通常把辅助电极装在玻璃套内，套管底部镶上一块微孔底板，上面放一层琼脂或硅胶；或利用离子交换膜封闭套管，阻止离子出入。凡能指示一般电滴定法者，都可用来指示库仑的滴定终点。

指示终点的方法

指示剂法

大量溴化钾，加入甲基橙为指示剂，电极反应为：

负极:2H++2e─→H2正极:2Br-─→Br2+2e

电极上产生的Br2与溶液中的肼起反应：

NH2-NH2＋2Br2─→N2＋4HBr

过量的Br2将指示剂氧化使之褪色，指示终点。停止电解，从电流和时间计算溶液中肼的含量。

电位法测定溶液中酸的浓度时，用玻璃电极和甘汞电极为指示电极，用pH计指示终点。铂负极为工作电极，银正极为辅助电极。电极反应为：

正极:2H++2e─→H2

负极:2Ag+2Cl-─→2AgCl+2e

随着电解的进行，溶液中的酸度不断降低。用pH计上pH的突然升高指示终点。利用这个原理可测定中和法的基准物质邻苯二甲酸氢钾的纯度，精密度达到百分之几。

死停终点法

用两个铂电极（图3）e1、e2为指示电极。在上面加一个小电压（50毫伏或稍大一些）并在线路中串联一个灵敏的检流计G。要使电流通过电解池，一个铂电极上必须发生还原反应；另一个铂电极上则发生氧化反应。如果溶液中同时存在一个氧化还原可逆电对的氧化态与还原态（如Fe3+与Fe2+；Br2与Br-），它的极谱曲线如图4a所示，只要加上一个很小的电压ΔE，就可使氧化态在e1上还原，还原态在e2上氧化，电流流过电解池。如果溶液中存在的氧化态与还原态不属于同一个电对而属于两个电对〔如H+与As（Ⅲ）〕，则这时的极谱曲线如图4b所示。要使电流通过图3的电解池，就需要比较大

的电压。如果在图3的溶液中加入As（Ⅲ）和溴化钠，然后用标准溴溶液滴定As（Ⅲ）。在等当点前溶液中只有Br-而没有Br2，可逆对双方不同时存在，外加电压为50毫伏时不能使电流通过电解池。稍过滴定终点，溶液中既有Br-又有Br2，外加电压虽小，也有电解发生，检流计指针偏向一方，指示滴定终点。滴定过程中溶液中虽有As（Ⅲ）与As（Ⅴ），但在实验条件下，两者并非可逆电对，所以起不了可逆电对的作用。

利用死停终点法指示库仑滴定终点的例子是用电解产生的Br2来滴定As（Ⅲ）。这时库仑电解池的两个工作电极都是铂电极。在含As（Ⅲ）的溶液中加入溴化钠和硫酸，电极上的反应为：

负极：2H++2e─→H2

正极：2Br-─→Br2+e

两个指示电极e1、e2及其线路见图3。铂正级上电解产生的Br2滴定溶液中的As（Ⅲ）。检流计G指示终点。

库仑滴定是目前最准确的常量分析方法，又是高度灵敏的痕量成分测定方法。由于时间和电流都可准确地测量，库仑滴定的精密度是很高的，常量成分测定的精密度可望达到二十万分之几。该法在它能够应用的场合，比一般容量分析优越。它不需要制备标准溶液，因而不存在标准溶液的稳定性问题。它不需要测量体积，也不存在这方面的误差。它比一般常量方法更容易自动化。在库仑电解池中，通过电解产生的滴定剂有：H+、OH-、Cl2、Br2、I2、Ce（Ⅳ）、Ti（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）、Mn（Ⅱ）、Ag（Ⅰ）、Fe（）忹、（Ⅱ）等。它们可滴定很多无机和有机物质。库仑滴定最适合于分析那些在容量分析中用作基本标准的化学试剂。