Михаил Ивановский - Покоренный электрон

Дюфе решил, что существуют два совершенно противоположных по своим свойствам электричества — «стеклянное» и «смоляное». Однородные электрические заряды отталкиваются, разнородные — притягиваются. Придя в соприкосновение, говорил Дюфе, разнородные заряды исчезают.

Другие исследователи, производившие эти же опыты, заметили, что когда натирают сукном сургуч (или кожей стекло), то электризуются сразу оба предмета — и сукно и сургуч, но заряды получаются на них хотя и одинаковые по величине, но разных «сортов», на сукне — «стеклянные», а на сургуче — «смоляные».

Не все физики согласились с предположением Дюфе. Особенно резко возражал против его гипотезы гениальный русский ученый М. В. Ломоносов. Как это может быть, спрашивал Ломоносов, чтобы что-то превращалось в ничто? Было порознь два электрических заряда, а как только они сошлись вместе — исчезли оба!

Гипотеза Дюфе противоречила одному из величайших и основных законов природы — закону сохранения материи и движения, который был установлен и доказан Ломоносовым:

«Все перемены в Натуре случающиеся такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько же присовокупится другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте; сколько часов положит кто на бдение, столько же сну отнимет. Сей всеобщей естественной закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущее своей силой другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».

Что-либо не может превратиться в ничто, из ничего нельзя сделать что-то. Материя и движение неразрывны, вечны, они только изменяют форму, но ни при каких условиях не исчезают.

Современник М. В. Ломоносова В. Франклин выдвинул против Дюфе такие доводы: почему эти два сорта электричества всегда одинаковы по количеству? Почему они всегда появляются одновременно и никогда порознь? Не есть ли это то же самое, что предмет и его тень? А мы, не зная, где предмет и где его тень, считаем тень другим предметом!

Электричество — одно, оно распространено всюду, содержится во всех без исключения телах, но не проявляет себя, так как его везде поровну. Когда мы натираем кожей стекло, или сукном сургуч, то никакого особого «стеклянного» или «смоляного» электричества не возникает. При трении происходит только перераспределение зарядов: на одном из соприкасающихся при трении тел образуется избыток электричества, на другом — недостаток.

И когда наэлектризованные сургуч и стекло соприкасаются, избыток встречается с недостатком и заряды не исчезают, а лишь уравновешиваются или, как обычно говорят, нейтрализуются, действие их перестает чем-либо проявляться.

Чтобы отличить избыток от недостатка «мы условимся называть всякое тело наэлектризованным положительно, если оно отталкивается стеклянной палочкой, натертой шелком, и наэлектризованным отрицательно, если оно отталкивается сургучом, натертым кошачьим мехом», — так писал Франклин, который ввел подразделение зарядов на положительные, обозначенные знаком плюс, и отрицательные, обозначенные знаком минус.

Обозначение двух родов зарядов знаками плюс и минус сохранилось и поныне.

Современная наука установила, что в действительности во всех предметах существуют два рода зарядов: положительные и отрицательные, но пока их содержится поровну — они себя не обнаруживают. Если же отнять у предмета часть его отрицательных зарядов, он наэлектризуется положительно, а отнятые отрицательные заряды перейдут на какой-либо другой предмет, который, конечно, зарядится отрицательно.

Так, например, когда натирают стекло кожей, то на стекле образуется избыток положительных зарядов, а на коже — избыток отрицательных. Стекло заряжается положительно, а кожа отрицательно.

Однако заряд на коже не всегда проявляет себя, потому что и кожа и человек, который ее держит в руке, сравнительно хорошо проводят электричество. Заряд с кожи уходит в руку человека, а затем в землю, и, конечно, его обнаружить не удается, — он уже исчез; но если натянуть на руку резиновую перчатку или как-нибудь изолировать кусок кожи, заряд останется, и его можно обнаружить, — поднести кожу к электроскопу, и листочки электроскопа разойдутся.

Вслед за Дюфе петербургский академик Эпинус сделал еще одно важное открытие, которое тоже послужило источником нескончаемых споров. Эпинус заметил, что все предметы, находящиеся вблизи какого-либо наэлектризованного тела, приобретают электрические заряды. Когда к наэлектризованному телу подносят электроскоп, то его листочки расходятся в стороны еще до соприкосновения шарика электроскопа с наэлектризованным телом.

В этом явлении для ученых XVIII века самым удивительным было то, что предметы, на которых появлялись электрические заряды, не соприкасались с наэлектризованным телом: его действие сказывалось на расстоянии.

Новое явление получило название электризации наведением или электризации путем индукции, а получившиеся при этом заряды — индуктированными.

Сначала казалось, что индуктированные заряды не совсем «настоящие», ведь стоило только удалить электроскоп от заряженного тела, как его листочки спадались и заряд электроскопа исчезал. Но это было недоразумением, и оно вскоре выяснилось.

Исследуя электризацию наведением, ученые установили, что предмет, на котором возникает индуктированный заряд, электризуется двояко, то есть на его противоположных сторонах скапливаются заряды разных знаков. Если наэлектризованное тело несет положительный заряд, то сторона предмета, обращенная к наэлектризованному телу, приобретает отрицательный заряд, а его другая сторона — положительный.

Один исследователь догадался взять для опыта предмет, состоящий из двух половинок — нечто вроде шара с разъемными полушариями (рис. 6).

Рис. 6. Половинки этого прибора приобретают разноименные заряды.

Он приблизил его к наэлектризованному предмету, а затем раздвинул половинки (каждая половина была укреплена на своей изолирующей подставке); ученый тем самым разделил заряды. Одно полушарие оказалось заряженным положительно, а другое — отрицательно, и заряды на полушариях не исчезали даже, когда наэлектризованный предмет отодвигали в сторону, значит, это были самые «настоящие» заряды.

Такой опыт доказал, что в каждом предмете действительно имеются и положительные и отрицательные заряды, но пока их в теле поровну и пока они распределены равномерно, тело остается нейтральным, а заряды, в нем содержащиеся, никак себя не проявляют. При электризации наведением, под воздействием наэлектризованного тела, заряды рассортировываются: положительные отходят в одну сторону, а отрицательные в другую — одноименные с наводящим зарядом отталкиваются, разноименные к нему притягиваются и стремятся приблизиться.