Abb. 4. Coulombs elektrische Wage.
Auf das Gebiet des Magnetismus und der Elektrizitätslehre wurde Coulomb dadurch geführt, daß die Akademie einen Preis für die beste Konstruktion des Schiffskompasses aussetzte. Im Anschluß an eine dadurch angeregte Untersuchung und unter Verwertung seiner Forschungen über die Festigkeit in allen ihren Formen, insbesondere die Torsionsfestigkeit, erfand Coulomb im Jahre 1785 seine Torsions- oder Drehwage. Von der Einrichtung und dem Gebrauch dieses Instruments gibt uns die nebenstehende Abb. [4] Kenntnis[45]. Ein Glaszylinder ABCD von etwa 30 cm Höhe wurde mit einer doppelt durchbohrten Glasplatte bedeckt. Durch ihre Mitte ist ein frei hängender, an der Scheibe op befestigter Silberdraht qp geführt, der an seinem unteren Ende die zu elektrisierende, möglichst isolierte Kugel a trägt. Ein Scheibchen g hat nur die Aufgabe, der Kugel a das Gegengewicht zu halten. Die Verbindung zwischen a und g besteht aus einem mit Siegellack überzogenen Seidenfaden. Die Scheibe op, welche den Silberfaden trägt, und der Umfang des großen Glaszylinders besitzen Gradeinteilungen. Die in der Abbildung rechts dargestellten Teile (H dient zur Fassung der Gradscheibe G) werden beim Gebrauch der Drehwage vereinigt und in der über dem Zylinder befindlichen, etwa einen halben Meter langen Glasröhre untergebracht. Durch die seitliche Öffnung des Glasdeckels werden elektrisierte Kugeln (d) eingeführt, deren Wirkung auf den in der Schwebe befindlichen elektrisierten Körper a man messen will. Ein Maß für die abstoßenden Kräfte ist in der Torsion des Silberdrahtes gegeben. Die Größe dieser Torsion, welche die Kugel a in ihre ursprüngliche Lage zurückzudrehen strebt, kann an der Gradeinteilung abgelesen werden.
Abb. 5. Coulombs Untersuchung der Torsion.
Seine Arbeiten über die Torsion von Fäden und Metalldrähten hatte Coulomb ein Jahr vor der Erfindung der Drehwage veröffentlicht[46]. Die Methode, welche er anwandte, ist diejenige der Schwingungen oder Oszillationen. Er wies nämlich nach, daß die Schwingungen eines schweren, an einem Faden aufgehängten Körpers (Abb. [5]) isochron sind. Ist dies der Fall, dann muß auch die Torsionskraft dem Torsionswinkel proportional sein. Das Ergebnis seiner Beobachtungen an Drähten verschiedener Länge (l) und Dicke (D) konnte Coulomb durch folgende Formel darstellen: Das Drehungsmoment der Torsionskraft ist μ·B·D4/l. In dieser Formel bedeutet μ eine charakteristische Konstante des Materials und B den Torsionswinkel. Coulombs Torsionswage beruht auf der von ihm entdeckten Eigenschaft der Drähte, eine dem Torsionswinkel proportionale Gegenkraft zu besitzen. Um die feinsten elektrischen und magnetischen Wirkungen messen zu können, wählte Coulomb den Torsionsdraht so fein, daß ein Torsionswinkel von einem Grad einer Torsionskraft von 1/100,000 Gran entsprach. Wurde der Aufhängefaden einem Kokon entnommen, so genügte schon eine Kraft von 1/60,000 Gran, um den Faden um 360 Grade zu tordieren.
Das wichtigste Ergebnis der Coulombschen Versuche besteht in dem Nachweise, daß »die abstoßende Kraft zweier kleiner, gleichartig elektrisierter Kugeln im umgekehrten Verhältnis zum Quadrat des Abstandes der Mittelpunkte beider Kugeln steht«[47].
Den Nachweis dieses wichtigen Grundgesetzes lieferte Coulomb in folgender Weise. Er stellte die Scheibe op (siehe Abb. [5]) so ein, daß die Kugel a unter der seitlichen Öffnung des Glasdeckels stand. Elektrisiert man nun die Kugel d und führt sie durch die Öffnung bis zur Berührung mit der beweglichen Kugel a ein, so nehmen beide Kugeln die gleiche elektrische Ladung von gleicher Dichtigkeit an. Es erfolgt Abstoßung um 36 Grade. Jetzt wird der Torsionskreis entgegengesetzt zur Ablenkung gedreht, bis letztere nur noch 18 Grad beträgt. Die Entfernung beträgt somit die Hälfte, während die Torsion jetzt 126° + 18° = 144°, also das Vierfache beträgt. Um die Kugeln auf ¼ der ursprünglichen Entfernung einander zu nähern, mußte man die Torsion des Aufhängefadens auf 576 Grad, mithin auf das Sechszehnfache bringen. Aus diesen Versuchen folgt das oben erwähnte Grundgesetz.
In seiner zweiten Abhandlung vom Jahre 1785 dehnte Coulomb seine Untersuchung auf die anziehende Kraft elektrisierter Körper und auf die abstoßende und anziehende Kraft magnetisierter Körper aus. Er gelangte zu folgenden Ergebnissen:
1. Die abstoßende wie die anziehende Wirkung zweier elektrisierten Kugeln und folglich zweier elektrischen Moleküle steht im geraden Verhältnis der Dichtigkeit der Elektrizität und ist umgekehrt proportional dem Quadrate der Entfernung.
2. Die anziehende und abstoßende Kraft des Magnetismus steht gleichfalls im geraden Verhältnis zu den Dichtigkeiten und im umgekehrten Verhältnis zum Quadrat des Abstandes der magnetischen Moleküle.