Эрик Роджерс - Физика для любознательных. Том 3. Электричество и магнетизм. Атомы и ядра

Если вы были внимательны, то могли заметить признаки этого явления в вашем первом опыте, посвященном электрической цепи.

Аналогом разрыва в электрической цепи (или конденсатора) в водяном контуре служит не заглушка в трубе, а эластичная мембрана из материала вроде листовой резины, перпендикулярная к оси трубы. В этом случае насос Р может создать кратковременный ток, заставив мембрану прогнуться.

Фиг. 53. Аналог конденсатора в гидравлической цепи.

В некоторых случаях, например при изучении строения атома, мы относим нуль потенциала от «земли» в бесконечность.

Мы пользуемся этим словом, чтобы охарактеризовать определенную ситуацию, но даем ей лишь название, а не объяснение. В прежние века, говоря о заряженных телах, вероятно, сказали бы, что они «заколдованы».

Бенджамин Франклин выбрал названия «положительный» и «отрицательный» задолго до того, как появление батарей позволило получить сведения об электрических токах.

Если говорить о напряжении, то пластинка заряжается до определенного напряжения (разности потенциалов между пластинкой и землей). Потенциал заряжаемого предмета повышается, приближаясь к потенциалу пластинки, и на него переходит все меньшая и меньшая доля заряда пластинки.

«Скоп» — от греческого слова — «смотрю». Название означает «прибор для наблюдения эффектов, связанных с электрическим зарядом».

Электрическая сила обусловлена отталкиванием со стороны зарядов, находящихся на стержне, к которому крепится листочек, и притяжением зарядов противоположного знака, находящихся на стенках, корпуса электроскопа. Если соединить листочек с каким-либо большим заряженным телом, то листочек воспринимает лишь малую долю всего заряда; воспринимаемый листочком заряд является мерой напряжения объединенного объекта (тело + листочек). Таким образом, отклонение листочка указывает разность потенциалов между объектом (тело + листочек) и окружающими стенками, или землей.

Его называют цилиндром (ведерком) Фарадея; Фарадей столетие тому назад использовал в своих опытах ведерко для охлаждения вина.

Оказывается, в такой лаборатории нельзя находиться экспериментаторам: она полностью экранирована от любого электрического поля, но не защищена от рентгеновского излучения.

Специфическое действие острий рассматривается ниже.

Один способ выбора единиц, которым широко пользовались в электростатике в прошлом столетии, а иногда пользуются и в наше время, заключается в следующем. Требуют, чтобы постоянная B равнялась просто 1,000, выбирая величину единицы измерения Q так, чтобы это условие выполнялось. Однако единица измерения оказывается при этом чрезвычайно малой и неудобной для использования при рассмотрении явлений, связанных с протеканием тока. Выбором единицы можно упростить вычисления при изучении одной области явлений, но тогда возникают трудности в какой-то другой области. Подобный выбор единиц никак не затрагивает физических основ рассматриваемых явлений.

Заряды, находящиеся на одном шарике, отталкивают заряды на другом шарике, заставляя их переходить по металлической поверхности и смещаться к противоположной стороне второго шарика. Строго говоря, следовало бы брать расстояние не между центрами шариков, а несколько большее расстояние. Результаты опыта ухудшаются, кроме того, из-за утечки зарядов, которая имеет место всегда, исключая очень сухую погоду.

Если заряды находятся на металлических предметах, то введение пробного заряда в пространство между ними привело бы к смещению первоначальных зарядов и тем самым к изменению поля, которое мы пытаемся измерить. Чем меньше пробный заряд, тем меньше это изменение поля. Поэтому мы берем все меньший и меньший заряд и мысленно совершаем математическую операцию перехода к пределу. ПРЕДЕЛ отношения СИЛА/ЗАРЯД мы называем НАПРЯЖЕННОСТЬЮ ПОЛЯ. Предел в математическом смысле и в этом случае представляет собой идеальную меру физической величины, как было указано в гл. 1 , когда шла речь об ускорении, давлении, и плотности; но и здесь атомистическая природа электричества не позволяет нам достичь этого предела.

Иначе говоря, в металле существовали бы токи, приводящие к перераспределению зарядов.

Вообразите себя в роли положительного пробного заряда электричества. Доберитесь до точки А , находящейся между необъятным по площади положительно заряженным потолком и таким же необозримым отрицательно заряженным полом, и посмотрите, какие заряды на вас действуют. Вверху вы видите положительно заряженный потолок, пластину бесконечно большой площади, покрытую ровным слоем заряда. Сместившись в сторону, вы увидите то же самое, если пластины бесконечно протяженные. Переместившись кверху и продолжая смотреть вверх, вы увидите, что приблизились к какой-то части потолка. При этом любой конус в пределах вашего угла зрения будет захватывать меньшую область потолка. Оба фактора, а именно изменение обратной величины квадрата расстояния до потолка и изменение площади потолка, охватываемой взглядом, прямо пропорциональное квадрату расстояния, в точности компенсируют друг друга. Поэтому вы будете испытывать одну и ту же силу отталкивания со стороны потолка, на какой бы высоте вы ни находились. Точно так же пол будет действовать на вас с одинаковой силой притяжения независимо от того, где вы находитесь. Следовательно, вы могли бы считать, что попали в однородное поле. (По той же причине, если рассматривать рассеяние света, белый потолок над вами казался бы вам по мере приближения к нему точно таким же, а вовсе не более ярким.)

Если вы находитесь за пределами пространства между пластинами, скажем под ними, то вверху было бы два потолка: отрицательно заряженная пластина прямо над вами и положительно заряженная пластина над нею. Вторая пластина, лежащая выше первой, если она бесконечно протяженная, действовала бы на вас с силой отталкивания, равной силе притяжения со стороны нижней пластины. Поэтому вы пришли бы к выводу, что находитесь в области, где результирующее поле равно нулю.

Фиг. 82.