Трактат об электричестве и магнетизме

Максвелл Джеймс Клерк

Если тело, наэлектризованное каким бы то ни было способом, ведёт себя подобно стеклу, т. е. отталкивает стекло и притягивает смолу, то говорят, что тело заряжено стеклообразно, если же оно притягивает стекло и отталкивает смолу, говорят, что оно заряжено смолообразно. Все наэлектризованные тела, как оказалось, наэлектризованы либо стеклообразно, либо смолообразно.

Среди людей науки принято стеклообразную электризацию называть положительной, а смолообразную - отрицательной. Прямо противоположные свойства обоих видов электризации оправдывают приписывание им противоположных знаков, однако вопрос о том, какому из видов электричества приписывать положительный знак, следует считать предметом

условного соглашения, подобно тому как чисто условным является откладывание положительных расстояний в графиках в правую сторону.

Между телом наэлектризованным и ненаэлектризованным нельзя обнаружить взаимодействия - ни притяжения, ни отталкивания. Если в каком-либо случае мы замечаем, что ненаэлектризованные предварительно тела испытывают воздействие наэлектризованных, то это обусловлено тем, что эти тела электризуются через индукцию.

Электризация через Индукцию

Рис. 4

28.Опыт II². Пусть полый металлический сосуд подвешен на нитях из чистого шелка и пусть такая же нить прикреплена к крышке сосуда, так что сосуд можно открывать и закрывать, не прикасаясь к нему [рис. 4].

² Этим и несколькими следующими опытами мы обязаны Фарадею (On Static Electrical Inductive Actions, Phil. Mag., 1843 или Exp. Res., vol. II, p. 279).

Пусть кусочки стекла и смолы, наэлектризованные как и раньше, тоже подвешены на нитях.

Пусть сосуд первоначально не был наэлектризован. Тогда, если наэлектризованный кусочек стекла подвесить внутри сосуда на нити, не касаясь сосуда, и закрыть крышку, то наружная часть сосуда окажется заряженной стеклообразно и можно показать, что степень электризации вне сосуда точно одна и та же, в каком бы месте внутри сосуда мы ни подвешивали кусочек стекла.

Если теперь вынуть кусочек стекла из сосуда, не прикасаясь к нему, то электризация стекла окажется той же, что и до его помещения в сосуд, а электризация сосуда исчезнет.

Такая электризация сосуда, зависящая от того, помещён ли внутрь него заряженный кусочек стекла, и исчезающая при удалении его, называется электризацией через Индукцию.

Сходные эффекты возникли бы в случае, если бы кусочек стекла был подвешен вне сосуда вблизи него, но в этом случае мы обнаружили бы стеклообразную электризацию на одной стороне наружной поверхности сосуда и смолообразную - на другой. Если кусочек стекла находится внутри сосуда, то вся наружная его поверхность заряжена стеклообразно, а вся внутренняя - смолообразно.

Электризация через Проводимость

29. Опыт III. Пусть металлический сосуд наэлектризован через индукцию, как в последнем опыте, и вблизи него на нити из чистого шелка подвешено другое металлическое тело. Внесём металлическую проволоку, также подвешенную на нити, таким образом, чтобы одновременно коснуться наэлектризованного сосуда и второго тела.

При этом второе тело окажется заряженным стеклообразно, а электризация сосуда уменьшится.

Состояние электризации передалось от сосуда второму телу через проволоку. Проволока называется проводником электричества, а про второе тело говорят, что оно наэлектризовано через проводимость.

Проводники и Изоляторы

Опыт IV. Если вместо металлической проволочки использовать стеклянную палочку, брусок из смолы или гуттаперчи или нить из чистого шелка, то никакой передачи электричества не произойдёт. Поэтому эти вещества называются Непроводниками электричества. Непроводники используются в опытах по электричеству для крепления наэлектризованных тел без утечки их электричества. В этом

случае они называются Изоляторами.

Металлы являются хорошими проводниками. Воздух, стекло, смолы, гуттаперча, эбонит, парафин и т. п.- хорошие изоляторы. Но, как мы увидим ниже, все вещества оказывают сопротивление прохождений) электричества и все они допускают такое прохождение, хотя и в чрезвычайно различной степени. Этот вопрос мы рассмотрим, когда перейдём к анализу движения электричества. Сейчас мы будем рассматривать только два класса тел: хорошие проводники и хорошие изоляторы.

В Опыте II наэлектризованное тело вызывает электризацию в металлическом сосуде, будучи отделённым от него воздухом, непроводящей средой. Такая среда, рассматриваемая как передающая электрические эффекты без проводимости, была названа Фарадеем Диэлектрической средой, а действие, передаваемое через неё, названо Индукцией.

В Опыте III наэлектризованный сосуд вызывает электризацию другого металлического тела через вещество проволоки. Предположим, что мы удалим проволоку, вынем из сосуда, не прикасаясь к нему, наэлектризованный кусочек стекла и удалим его на достаточно большое расстояние. Тогда второе тело всё ещё будет проявлять стеклообразную электризацию, но сосуд после удаления кусочка стекла будет иметь смолообразную электризацию. Если теперь соединить проволокой оба тела, то будет иметь место проводимость вдоль проволоки и вся электризация обоих тел исчезнет. Это показывает, что оба тела были наэлектризованы в равной степени, но противоположно.

30. Опыт V. В Опыте II было показано, что если кусочек стекла, наэлектризованный трением о смолу, подвесить внутри изолированного металлического сосуда, то наблюдаемая снаружи электризация не зависит от положения кусочка стекла. Если теперь ввести внутрь того же сосуда тот кусочек смолы, которым было натёрто стекло, не прикасаясь при этом ни к стеклу, ни к сосуду, то окажется, что никакой электризации вне сосуда не возникнет. Отсюда мы заключаем, что электризация смолы в точности равна и противоположна электризации стекла. Помещая внутрь сосуда любое число тел, наэлектризованных любым способом, можно показать, что электризация вне сосуда представляет собой алгебраическую сумму всех электризаций, если смолообразную электризацию считать отрицательной. Мы имеем, таким образом, практический способ сложения электрических эффектов от различных тел без изменения состояния их электризации.

31. Опыт VI. Пусть в нашем распоряжении есть ещё один металлический сосуд В и пусть наэлектризованный кусочек стекла помещается в первый сосуд А, а наэлектризованный кусочек смолы - во второй сосуд В. Соединим затем оба сосуда металлической проволочкой, как в Опыте III. Все признаки электризации при этом исчезнут.

Удалим теперь проволочку и вынем кусочки стекла и смолы из сосудов, не прикасаясь к ним. Окажется, что сосуд А наэлектризован смолообразно, а сосуд В– стеклообразно.

Если теперь стекло и сосуд А внести вместе внутрь большего изолированного металлического сосуда С, то обнаружится, что вне сосуда С нет никакой электризации. Это показывает, что электризация сосуда А в точности равна и противоположна электризации куска стекла. Таким же способом можно показать, что электризация сосуда В равна и противоположна электризации куска смолы.

Мы получили, таким образом, способ зарядки сосуда количеством электричества, в точности равным и противоположным количеству электричества на наэлектризованном теле без изменения состояния электризации этого тела. Мы можем таким образом зарядить любое количество сосудов в точности одинаковыми количествами электричества любого рода, которые мы можем принять в качестве временных единиц.