Magnetische Drehwaage nach Coulomb

Bekannt ist der französische Militäringenieur Charles Augustin Coulomb insbesondere für seine Arbeiten zur Demonstration des elektrostatischen Kraft-Abstand-Gesetzes sowie zur Torsion von Metallfäden. Insgesamt publizierte er zwischen 1785 und 1791 sieben Abhandlungen zur Elektrizität und zum Magnetismus. In der ersten Abhandlung wurde die elektrische Drehwaage vorgestellt, im zweiten Teil der zweiten Abhandlung die magnetische Drehwaage, die von Coulomb selbst auch inhaltlich in Zusammenhang mit der elektrischen Torsionswaage gestellt wurde.

Für diese Waage wurde ein Holzkasten angefertigt, der eine Seitenlänge von 3 Fuss [97,45cm] und eine Höhe von 18 Zoll [48,73 cm] hatte. In der Mitte des Kastens, also in 9 Zoll Höhe, ist ein Kreis aus Holz oder Kupfer platziert, der eine Gradeinteilung hat (im Nachbau wurde dieser aus Messing gefertigt). Auf den Kasten ist ein Brett gelegt, das als Halterung für eine Glasröhre dient, die 30 Zoll [81,21 cm] hoch ist und in die oben ein Torsionsmikrometer eingesetzt ist. In das Mikrometer ist ein sehr dünner Messingfaden eingeklemmt, der am unteren Ende eine Klemme trägt, in die ein Metallring aus Blei oder Kupfer eingesetzt ist, in den die magnetisierte Stahlnadel eingesetzt wird. Diese Magnetnadel hatte eine Länge von knapp 60 cm bzw. knapp 65 cm.

Zu Beginn einer Messung muss das Gerät so ausgerichtet werden, dass die Magnetnadel genau nach Norden zeigt und dabei auf 0° zeigt und der Faden nicht tordiert ist. Hierzu erfolgt eine Justage des Geräts, in dem die Magnetnadel mit einem Kupferdraht ersetzt worden ist – nach Abschluss der Justage wird die Magnetnadel wieder eingesetzt.

In einem ersten Versuch wurde der Einfluss des Erdmagnetfeldes auf die Magnetnadel untersucht. Hierzu wurde mit dem Torsionsmikrometer eine Kraft auf den Draht ausgeübt und beobachtet, welche Auslenkung die Magnetnadel aus der Kombination des Torsionsmoments und der magnetischen Wechselwirkung mit dem Magnetfeld der Erde erfuhr. In einem zweiten Versuch wurde eine zweite Magnetnadel senkrecht in die Drehwaage eingebracht. Hierbei zeigte Coulomb, "dass die abstossende Wirkung des magnetischen Fluidums dem Quadrat der Entfernungen umgekehrt proportional ist." (Coulomb, 1921, 39)