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1784年左右，卡文迪许研究了空气的组成，发现普通空气中氮气占五分之四，氧气占五分之一。他确定了水的成分，肯定了它不是元素而是化合物。他还发现了硝酸。
卡文迪许生前在物理学方面发表的论文为数极少，一直到麦克斯韦审阅整理并出版了他的手稿后，人们才知道他在电学方面作出了很多重要发现。他发现一对电荷间的作用力跟它们之间的距离平方成反比，这就是后来库仑导出的库仑定律内容的一部分；他提出每个带电体的周围有“电气”，与电场理论很接近；卡文迪许演示了电容器的电容与插入平板中的物质有关；电势的概念也是卡文迪许首先提出的，这对静电理论的发展起了重要作用；他还提出了导体上的电势与通过电流成正比的关系。
在牛顿发现万有引力定律之后，他是测出引力常量的科学家。
卡文迪许测量地球的密度是从求牛顿的万有引力定律中的常数着手，再推算出地球密度。他的指导思想极其简单，用两个大铅球使它们接近两个小球。从悬挂小球的金属丝的扭转角度，测出这些球之间的相互引力。根据万有引力定律，可求出常数G。根据卡文迪许的多次实验，测算出地球的平均密度是水密度的5.481倍（21世纪数值为5.517，误差为0.65253%左右），并确定了万有引力常数（他测得的引力常数G是（6.754±0.041）×10N·m²/kg²，这个值同现代值（6.6732±0.0031×10N·m²/kg²，相差无几，计算出了地球的质量。被誉为第一个称量地球的人。
卡文迪许公开发表的论文并不多，他没有写过一本书，在长长的50年中，发表的论文也只有18篇。除了一篇在1771年发表的论文是理论性的以外，其余的论文内容都是实验性和观察性的，大部分是关于水槽化学方面的，先后发表在1766年到1788年的英国皇家学会的期刊上。
又有一部分是关于液态物质凝固点的研究，发表于1783年到1788年。还有一部分是有关地球平均密度的研究，发表于1798年。在他逝世以后，人们发现他有大量文稿，一直藏着未经公开发表。这部分未发表的论文相当多，电学部分由19世纪的大物理学家马克斯维尔门教授整理后在1879年出版，化学和力学部分是由爱德华.普索于1921年主编出版的。
1784年左右他研究了空气的组成，他还发现了硝酸。
卡文迪许在热学理论、计温学、气象学、大地磁学等方面都有研究。1798年他完成最后的实验时，已年近七十。在物理学上他最主要的成就是通过扭秤实验验证了牛顿的万有引力定律，确定了引力常数和地球平均密度。卡文迪许验证万有引力定律的实验采用自己设计的“扭秤”为工具，后人称为著名的“卡文迪许实验”。
曾经有人说：“没有一个活到80岁的人，一生讲的话像卡文迪许那样少的了。”在一本《化学史》书上，曾举出卡文迪许最怕交际的一件事例。有一天一位英国科学家携同一位奥地利科学家到班克斯爵士的家里做客，正巧卡文迪许也在座。班克斯便介绍他们相识。在互相介绍时，班克斯曾对这位远客盛赞卡文迪许，而这位初见面的客人更是对卡文迪许说出非常敬仰他的话，并说这次来伦敦的最大收获，就是专程拜访这位名震一时的大科学家。
卡文迪许听到这话，起初大为忸怩，最后完全手足无措，便从人丛中冲出了室外，坐上他的马车赶回家去了。从这段记载可以看出卡文迪许为人性格孤僻。卡文迪许离开剑桥大学后，就跟父亲旁听英国皇家学会的会议，每个星期四中午，参加学会的聚餐。到了1760年他被选为皇家学会会员。一直到21世纪，在英国，凡是有FRS(FellowofRoyalSociety即皇家学会会员）头衔的人，还是受到人们的尊敬。
接下来他在1783年研究了空气的组成成分，做了很多试验，发表的论文的题目是“空气试验”。也就是这个时候，他发现水是由氢和氧两种元素组成的。
卡文迪许最后的一项研究，是关于地球平均密度的问题。他提出的数字是5.448克/立方厘米，公认的是5.48克/立方厘米。这说明当时试验已经相当准确。他还有一项工作，是过了100年以后，才得到承认的，那就是关于稀有元素的存在问题。
卡文迪许，1731年出生在英国。他一生都在实验室和图书馆中度过，在化学、热学、电学方面进行过许多实验探索。但由于他对荣誉看得很轻，所以对于发表实验结果以及得到发现优先权却很少关心，致使其许多成果一直未被公开发表。直到19世纪中叶，人们才从他的手稿中发现了一些极其珍贵的资料，证实他对科学发展做出了巨大贡献。
卡文迪许最为人称道的科学贡献，首先是他最早研究了电荷在导体上的分布，并于1771年用类似的实验对电力相互作用的规律进行了说明。他通过对静电荷的测定研究，在1777年向皇家学会提出的报告中说：“电的吸引力和排斥力很可能反比于电荷间距离的平方。如果是这样的话，那么物体中多余的电几乎全部堆积在紧靠物体表面的地方。而且这些电紧紧地压在一起，物体的其余部分处于中性状态。”与此同时，他还研究了电容器的容量；制造了一整套已知容量的电容器，并以此测定了各种仪器样品的电容量。而且预料到了不同物质的电容率，并测量了几种物质的电容率，初步提出了“电势”概念。
卡文迪许毕生致力于科学研究，从事实验研究达50年之久，性格孤僻，很少与外界来往。卡文迪许的主要贡献有：1781年首先制得氢气，并研究了其性质，用实验证明它燃烧后生成水。但他曾把发现的氢气误认为燃素，不能不说是一大憾事。1785年卡文迪许在空气中引入电火花的实验使他发现了一种不活泼的气体的存在。他在化学、热学、电学、万有引力等方面进行过许多成功的实验研究，但很少发表，过了一个世纪后，麦克斯韦整理了他的实验论文，并于1879年出版了名为《尊敬的亨利·卡文迪许的电学研究》一书，此后人们才知道卡文迪许做了许多电学实验。麦克斯韦说：“这些论文证明卡文迪许几乎预料到电学上所有的伟大事实，这些伟大的事实后来通过库仑和法国哲学家们的著作而闻名于科学界。”
早在库仑之前，卡文迪许已经研究了电荷在导体上的分布问题。1777年，他向皇家学会提出报告说：“电的吸引力和排斥力很可能反比于电荷间距离的平方，如果是这样的话，那么物体中多余的电几乎全部堆积在紧靠物体表面的地方，而且这些电紧紧地压在一起，物体的其余部分处于中性状态。”他还通过实验证明电荷之间的作用力。他还早于法拉第用实验证明电容器的电容取决于两极板之间的物质。他最早建立电势概念，指出导体两端的电势与通过它的电流成正比（欧姆定律在1827年才确立）。当时还无法测量电流强度，据说他勇敢地用自己的身体当作测量仪器，以从手指到手臂何处感到电振动来估计电流的强弱。
卡文迪许的重大贡献之一是1789年完成了测量万有引力的扭秤实验，后世称为卡文迪许实验。他改进了英国机械师米歇尔（JohnMichell，1724～1793）设计的扭秤，在其悬线系统上附加小平面镜，利用望远镜在室外远距离操纵和测量，防止了空气的扰动（当时还没有真空设备）。他用一根39英寸的镀银铜丝吊一6英尺木杆，杆的两端各固定一个直径2英寸的小铅球，另用两颗直径12英寸的固定着的大铅球吸引它们，测出铅球间引力引起的摆动周期，由此计算出两个铅球的引力，由计算得到的引力再推算出地球的质量和密度。他算出的地球密度为水密度的5.481倍（地球密度的现代数值为5.517g/cm3），由此可推算出万有引力常量G的数值为6.754×10N·m²/kg²；（现代值前四位数为6.672）。这一实验的构思、设计与操作十分精巧，英国物理学家J.H.坡印廷曾对这个实验下过这样的评语：“开创了弱力测量的新时代”。
卡文迪许在1766年发表了《论人工空气》的论文并获皇家学会科普利奖章。他制出纯氧，并确定了空气中氧、氮的含量，证明水不是元素而是化合物。他被称为“化学中的牛顿”。
卡文迪许一生在自己的实验室中工作，被称为“最富有的学者，最有学问的富翁”。卡文迪许于公元1810年3月10日去世。
