Александр Бакулин - Гравитация и эфир

У нас, внутри атома, поле направлено от «положительного заряда» – протона во все стороны от него – в бесконечное от него удаление. В определении потенциала говорится о перемещении положительногозаряда (в поле протона, хотя мы будем перемещать «отрицательный заряд» – электрон). Определения в электростатике возникли задолго до открытия структуры атома, с его электронами и протонами, и эти определения мы не можем изменять. Точно также как не можем изменять определение направления протекания тока в проводнике. Там, задолго до «электронов», было принято называть «током проводника» движение «положительных зарядов». Хотя потом выяснилось, что в проводнике на самом деле движутся «отрицательные заряды» (электроны), а «положительные заряды» (протоны атомов) благополучно стоят на месте в составе атомной решётки проводника. Но первичные определения в физике никто не меняет, во избежание неимоверной, в таком случае, путаницы.

Теперь выберем в поле протона две точки (рис. 21.3), находящиеся на одной «силовой линии» поля: «нижнюю» точку 1, более близкую к протону, и «верхнюю» точку 2 – дальнюю от него. Тогда электрическое поле протона Е совершит положительнуюработу А по перемещению положительногозаряда из начальной точки 1 в конечную 2:

Эта работа не зависит от формы траектории, поскольку (вспоминаем) совершается консервативными силами (это те силы, которые, двигая тело в поле сил по замкнутой траектории, совершают в сумме нулевую работу). Эти «консервативные силы» нам, внутри атома, – как нельзя кстати. Потому что здесь не важно, говоря о потенциалах, на какую точку одной и той же орбиты мы переносим тело (электрон), но важно – на каком уровне потенциальной энергии находится эта орбита.

Рис. 21.3

Итак, поскольку работа электростатической силы является консервативной, то эта работа равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком:

Проверим действенность классических определений в их применении к атомным процессам, происходящим при перемещении заряда внутри атома. Сначала будем перемещать положительный заряд (самим полем Е протона) из точки 1 в удалённую точку 2. Поле протона совершает положительную работу:

Здесь учитываем то обстоятельство, что расстояние внесения заряда из бесконечности в точку 1 больше расстояния внесения заряда из бесконечности в точку 2.

Но (по определению) изменениепотенциальной энергии системы – это разность между её конечными начальнымзначением:

что совпадает с классическим определением – «изменение потенциальной энергии тела (у нас – заряда , а точнее – системы из двух зарядов) равно работе консервативной силы, взятой с обратным знаком»:

Ещё раз подчеркнём, что в этих формулах величина больше величины . Потому что (по определению): потенциальная энергия системы тел (зарядов) в электростатическом поле равна работе сил поля по перемещению положительного заряда из данной точки поля в бесконечность. Поэтому путь заряда из точки 1 в «бесконечность» (а практически, скажем, на удалённую орбиту с номером n) больше пути того же заряда, переносимого полем из точки 2 на удалённую орбиту.

Ещё раз. Если «изменение потенциальной энергии» может иметь знак за счёт изменения положения точки поля ( ), то сама потенциальная энергия любой данной точки поля – это «энергия состояния» этой точки. Заряд сюда уже доставлен, то есть система «пробный заряд ( ) и заряд – излучатель поля (протон)» уже существует. Поэтому потенциальная энергиясистемы тел («зарядов» – в электростатическом поле), как «энергия состояния» – расположения этих зарядов, равна:

Здесь – это то расстояние, откуда (из бесконечности, а у нас – с какой-нибудь далёкой орбиты с номером n) был привнесён – перемещён заряд ( ) в точку 1. То есть здесь и в дальнейших наших рассуждениях по поводу энергий и потенциалов мы энергию точки удалённой орбиты с номером n принимаем (приблизительно) нулевой.

Теперь рассмотрим другой случай: перемещаем какими-то сторонними силами положительный заряд из точки 2 в точку 1. Обращаем внимание на то, что когда мы работаем с положительным зарядом , то находимся в поле положительных потенциальных энергий атомной системы. Здесь нулевой потенциальной энергией считаем уровень удалённой орбиты n. Любое другое положение заряда , «ниже» орбиты n, будет соответствовать увеличению плюсовой потенциальной энергии. Но поскольку, перемещая заряд с удалённой орбиты n в точку , сторонние силы совершают работу против сил поля Е, то эту работу мы считаем отрицательной. Тогда, в соответствии с определением,