Кулона весы

Куло'на весы', крутильные весы, изобретённые Ш. Кулоном (1784) и примененные им для исследования взаимодействия точечных электрических зарядов и магнитных полюсов (см. Кулона закон). В 1789 Г. Кавендиш применил К. в. для гравитационных измерений и определения гравитационной постоянной. Основной принцип К. в. — подвеска подвижной системы прибора на тонкой упругой нити или ленте (см. рис.) — используется во многих современных высокочувствительных приборах: электрометрах, магнитометрах, гравитационных вариометрах и др.

  Лит.: Кудрявцев П. С., История физики, 2 изд., т. 1, М., 1956, с. 375.

Крутильные весы Кулона: 1 — упругая нить с подвешенным на ней горизонтальным рычагом 2; 3 и 3' — проводящие шарики, укрепленные на концах рычага. Сила отталкивания шариков 3 и 4, несущих одноимённые электрические заряды, пропорциональна углу поворота коромысла и отсчитывается по шкале 5.

Кулона закон

Куло'на зако'н, один из основных законов электростатики, определяющий силу взаимодействия между двумя покоящимися точечными электрическими зарядами, т. е. между двумя электрически заряженными телами, размеры которых малы по сравнению с расстоянием между ними.

  Установлен Ш. Кулоном в 1785 опытным путём с помощью изобретённых им крутильных весов. Согласно К. з., два точечных заряда взаимодействуют друг с другом в вакууме с силой F, величина которой пропорциональна произведению зарядов e₁ и e₂ и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними:

 (1)

Здесь k — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбранной системы единиц; в абсолютной (гауссовой) системе единиц (СГС системе единиц) k = 1; в Международной системе единиц (СИ) k = 1/4pe, где e — электрическая постоянная. Сила F направлена по прямой, соединяющей заряды, и соответствует притяжению для разноимённых зарядов (F << 0) и отталкиванию для одноимённых (F > 0).

  Если взаимодействующие заряды находятся в однородном диэлектрике с диэлектрической проницаемостью e, то сила взаимодействия уменьшается в e раз:

 (2)

  К. з. служит одним из экспериментальных оснований классической электродинамики; его обобщение приводит, в частности, к Гаусса теореме.

  К. з. называется также закон, определяющий силу взаимодействия двух магнитных полюсов:

 (3)

Здесь f — коэффициент пропорциональности (в общем случае не совпадающий с k; в абсолютной системе единиц f = 1), m₁, m ₂ — магнитные заряды, m — магнитная проницаемость среды, окружающей взаимодействующие полюса. В вакууме

 

Лит.: Тамм И. Е., Основы теории электричества, 7 изд., М., 1957, гл. 1, §21, гл. 2, §23.

  Г. В. Воскресенский.

Кулоновское возбуждение ядра

Куло'новское возбужде'ние ядра', переход атомного ядра из невозбуждённого (основного) состояния в возбуждённое в результате электростатического взаимодействия с налетающей заряженной частицей (электростатическое взаимодействие описывается Кулона законом). Наблюдается при бомбардировке мишени ускоренными заряженными частицами (протонами, дейтронами, a-частицами и др.) и наиболее отчётливо проявляется в том случае, когда энергия налетающей частицы не слишком велика, так что кулоновское отталкивание препятствует её проникновению в ядро. Из-за дальнодействующего характера кулоновских сил К. в. я. осуществляется и при больших (по сравнению с размерами ядра) расстояниях между частицей и ядром (когда короткодействующие ядерные силы не проявляются).

  К. в. я. было предсказано теоретически В. Вайскопфом в 1938, а впервые было наблюдено экспериментально в 1953. Измерение эффективного сечения К. в. я. осуществляется либо путём регистрации неупруго рассеянных бомбардирующих частиц, либо путём регистрации g-квантов или конверсионных электронов, испускаемых возбуждённым ядром (см. Конверсия внутренняя).

  Т. к. электромагнитные процессы лучше поддаются теоретическому описанию, чем ядерные, то К. в. я. не слишком быстрыми частицами является важным методом изучения ядер. К. в. я. — один из методов ядерной спектроскопии. В результате исследования К. в. я. удаётся определить энергии возбуждённых уровней ядер, их спины, вероятности электромагнитных переходов и др. Кроме того, могут быть определены электрический квадрупольный момент ядра Q, а также (измерением углового распределения g-квантов в магнитном поле) дипольный магнитный момент возбуждённого ядра (см. Ядро атомное).

  В экспериментах по К. в. я. используются также ускоренные тяжёлые многозарядные ионы, например ¹⁴N⁺, ²⁰Ne⁺, ²²Ne⁺, ³²S⁺, ⁴⁰Ar⁺. Вследствие того что проницаемость потенциального кулоновского барьера для таких частиц меньше, с их помощью удаётся возбуждать ядерные уровни с энергиями > 1 Мэв.

  Лит.: Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия, под ред. К. Зигбана, пер. с англ., в. 2, М., 1969; Гамма-лучи. Сб. ст., М.— Л., 1961.

  В. П. Парфенова.

Кулонометрия

Кулономе'трия, один из электрохимических методов анализа.