浅谈电力能源平方反比律的精确验证

讲座一电力平方反比律的精确验证——Cavendish-MaxwellCavendish(1731-1810)实验想法：

则均匀带电导体球壳内表面将带电找出此函数关系（理论），比较Q内与Q总（实验），便可确定的下限。

2005.2北京大学物理学院王稼军编写电荷Q将受到的指向或背向球心O的作用力Q不在球心

证明：若

0，则均匀带电球面对内部任意点电荷作用力不为零

2005.2北京大学物理学院王稼军编写电荷在球壳内任一点处（除球心外）都受到电场力；结论：若

0，均匀带电球壳在球内各处场强不严格为零（球心除外）2005.2北京大学物理学院王稼军编写推论：若

0，带电导体球壳内表面应带电

0时，若内表面无电荷分布，（只分布在外表面），使导体中自由电子因受力或趋向球心运动，或背离球心而移动，最终使电荷分布满足导体内场强处处为零的条件——内表面有电荷分布导体内表面带电导体壳2005.2北京大学物理学院王稼军编写装置：1773年他是这样描述他的装置的：“我取一个直径为12.1英寸的球，用一根实心的玻璃棒穿过中心当作轴，并覆盖以封蜡。……然后把这个球封在两个中空的半球中间，半球直径为13.3英寸，1/20英寸厚。……然后，我用一根导线将莱顿瓶的正极接到半球，使半球带电。”2005.2北京大学物理学院王稼军编写实验方法

用一根导线将内外球联在一起，外球壳带电后，取走导线，打开外球壳，用木髓球验电器试验内球是否带电。

结论：木髓球验电器没有指示，证明内球没有带电，指数2005.2北京大学物理学院王稼军编写Cavendish其人

Cavendish的同心球实验结果和他自己的许多看法没有公开发表。19世纪中叶，开尔文发现Cavendish的手稿中有圆盘和同半径的圆球所带电荷的正确比值，才注意到这些手稿的价值，经他催促，才于1879年由Maxwell整理发表。他的许多重要发现竟埋藏了一百年之久。2005.2北京大学物理学院王稼军编写Maxwell介绍

“这些关于数学和电学实验的手稿近20捆，其中“物体上电荷（分布）”的实验，Cavendish早就写好了详细的叙述，并且费了很大气力书写得十分工整（就象要拿出去发表的样子），而且所有这些工作在1774年以前就已完成，但Cavendish（并不急于发表）仍是兢兢业业地继续做电学实验，直到1810年去世时，手稿仍在他身边。”2005.2北京大学物理学院王稼军编写一百年以后的Maxwell实验

Maxwell在Cawendish实验室重新做了测量电力的示零实验他改进了实验装置导体球壳A、B，之间用绝缘的硬橡胶环固定A球固定在绝缘支架上利用C，使之可相连或分开M用来估计外壳上的原始电荷M：小的黄铜球，放在了离外壳相当远的绝缘支架上2005.2北京大学物理学院王稼军编写由推论：若

0，带电导体球壳内表面应带电与装置相联系，设函数带电导体壳A导体内表面B2005.2北京大学物理学院王稼军编写实验操作如下（三步）

1.合C，A与B相连，充电VA=VB=V2.撤C，A与B分开，A接地放电，留原处。

（见后面的理论分析）

3.探测V’B，比较V’B与V的大小，确定的下限。2005.2北京大学物理学院王稼军编写Maxwell作的理论分析

计算半径为c的均匀带电球壳的电势分布由于

0

，积分不好算，定义函数是为了算出积分2005.2北京大学物理学院王稼军编写面元2005.2北京大学物理学院王稼军编写2005.2北京大学物理学院王稼军编写计算两均匀带电同心球壳内外球面的电势外壳上，c=a,d=a内壳外，c=b，d=a内壳上，c=b外壳内,c=a,d=b以上是

0时两个不连通的同心球壳的内外电势

2005.2北京大学物理学院王稼军编写求

0且内外球壳连通时，内壳上电量与、充电电势V以及内外半径a、b的定量关系由实验步骤1：合C，A与B相连，充电VA=VB=V；由（5）=（6）=V，消去得内壳B上所带电量当

0时，内球壳表面电荷不为零（7）2005.2北京大学物理学院王稼军编写按实验步骤2：撤C，A与B分开，A接地放电，留原处

计算此时内球壳B的电势

A球接地放电，则A球上电势VA=VV’A=0又因留原处并保持接地——A表面有感应电荷‘

，于是由（5）式=0解得

将‘

、代入（6）得内球壳电势内球壳电势不为零,这是电力平方反比律有偏差造成的

2005.2北京大学物理学院王稼军编写计算做级数展开2005.2北京大学物理学院王稼军编写代入（9）

展开、计算得

这是Maxwell结合他的实验装置和实验步骤导出的理论公式代入当时实验时V、a、b数据，实验结果表为

其中d为静电计观察不到任何效应时的最大零点漂移值

？2005.2北京大学物理学院王稼军编写确定静电计的灵敏度

给予静电计零点漂移d以定量结果d取决于仪器的灵敏度当时实验设备十分简陋，没有绝对测量的标准仪器，定量确定d有困难Maxwell巧妙地将d与充电电势V

相比较给出d:V的下限，再由（12）式确定的下限方法：因V太大，经反复感应，使之缩小为V/4862005.2北京大学物理学院王稼军编写

将球A充电到电势V、带电量Q(Q>0),小球接地，因感应，小球带电－Q/54撤去小球地线，保持其电量，再将大球接地，达到平衡后大球因受小球感应带正电，电量为小球的1/9撤去大球地线，保持其电量，再将小球移去——单独的大球的电势和电量从最初的Q、V减少为最终的值（如图所标）2005.2北京大学物理学院王稼军编写确定的下限静电计指示偏转为

D=V/486

将D与d相比较，估计得D>300d比较后得

2005.2北京大学物理学院王稼军编写小结测量方法构思巧妙示零实验——假定有，证实没有理论分析用到了静电学中许多知识，如：导体的静电平衡、电势计算利用数学工具来避免复杂计算要从前辈大师地杰出工作中领悟物理学的研究方法，通过对他们提出问题、研究问题、设计实验来证实自己的猜测与判断最后得出结论的了解而得到启迪。2005.2北京大学物理学院王稼军编写《化妆品术语》起草情况汇报中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所一、标准的立项和下达时间2006年卫生部政法司要求各标委会都要建立自己的术语标准。1ONE二、标准经费标准研制经费：3.8万三、标准的立项意义术语标准有利于行业间技术交流、提高标准一致性、消除贸易误差，作为标准体系中的基础标准，术语标准在各个领域的标准体系中均起着重要的作用。随着我国化妆品卫生标准体系建设逐步加快，所涉及的术语和定义的数量也在迅速增长，在此情形下，化妆品术语标准的制定就显得尤为重要。四、标准的制订原则1.合法性遵守《化妆品卫生监督条例》、《化妆品卫生监督条例实施细则》中关于化妆品的定义。2.协调性直接引用或修改采用的方式，与相关标准中的术语和定义相协调。3.科学性对于没有国标或定义不统一的术语，在定义时体现科学性的原则。4.实用性在标准体系中出现频率较高，与行业联系较紧密的术语优先选用。五、标准的起草经过

第一阶段：资料搜集

搜集国内外相关法规、标准、文献并对国外文献如美国21CFR进行翻译。第二阶段：2007年末形成初稿

初稿内容包括一般术语、卫生化学术语、毒理学术语、微生物术语、产品术语、人体安全和功效评价术语，常用英文成份术语等７部分。第三阶段：专家统稿1.2007年12月第一次专家统稿会（修订情况：1.在结构上增加原料功能术语、相关国际组织和科研机构等内容；2.在内容上增加一般术语、产品术语的种类，将化妆品行业的新产品类别纳入本标准；3.对于毒理学、卫生化学、微生物学术语进行修改；4.删除与化妆品联系不紧密、无存在必要的常用英文成分术语。2.2009年1月第二次专家统稿会会议意见：1.修改能引用国家标准的尽量引用国家标准；对存在歧义的个别用词进行修改。2.删除由于本标准中的“产品术语”一章和香化协会所制定的某个标准存在重复，因此删除“产品术语”一章的内容；对“原料功能术语”的内容进行梳理，删除了20余条内容。3.增加专家建议增加“化妆品限用物质”等若干项术语。第四阶段：征求意见2009年2月面向全国公开征求意见。第五阶段：征求意见的处理与形成送审稿。在征求意见的处理阶段再次征求了相关专家的意见。六、标准的内容依据1.《化妆品卫生监督条例》、《化妆品卫生监督条例实施细则》;2.《化妆品卫生规范》;3.美国21CFR；4.相关领域国家标准如：GB5296.3-2008消费品使用说明化妆品通用标签，GB/T14666-2003分析化学术语等；5.国内外化妆品的相关文献，如《化妆品监督管理及安全性评价》等。七、标准的结构和主要内容（一）结构：1.范围2.一般术语3.毒理学试验方法术语4.卫生化学检验方法术语5.微生物检验方法术语6.人体安全性和功效性评价术语7.常用原料术语8.缩写9.中英文索引（二）主要内容：1).一般术语39条涉及化妆品的基本定义、化妆品生产和监督管理中出现频率较高的术语。2).毒理学试验方法术语40条收录了《化妆品卫生规范》中涉及的术语，以及在毒理学领域出现频率较高、与化妆品毒理学试验方法联系较密切的术语。3).卫生化学检验方法术语22条收录了化妆品的卫生化学检验方法中较常用的术语。

4).微生物检验方法术语6条收录了《化妆品卫生规范》中所涉及的术语。5).人体安全性和功效性评价术语38条收录了人体安全性和功效性评价的常用术语。6).常用原料术语55条收录了常用原料术语，与《化妆品管理及安全性和功效性评价》保持一致，并根据企业、专家的意见进行了适当修改。7).缩写涉及国际机构缩写以及化妆品毒理学、化学、人体安全性和功效评价等领域专业术语的缩写34条。七、征求意见处理情况2009年2月20日，《化妆品术语》在全国公开范围内公开征求意见，截止到2009年3月末共收到来自企业、和社会各界的意见和建议共146条，分布情况如下：征求意见来源统计图二一般术语三毒理学四化学五微生物六人体七原料八缩写各部分征求意