Глава II. Электрическое поле

§ 12. Действие электрического заряда на окружающие тела.

Закон Кулона показывает, что сила электрического взаимо­действия проявляется только между двумя заряженными телами. Действительно, если в формуле (10.1) положить q₂=0, то и F—0 при любом значении q_x. Мы знаем, однако, что заряженное тело (например, натертая палочка сургуча) способно притягивать ненаэлектризованные тела, напри­мер кусочки бумаги (рис. 21) или металлической фольги.

Рис. 22. Заряженное те­ло действует на незаря­женную стрелку из ме­талла или из бумаги, по­ворачивая ее

Рис. 21. Притяжение не­заряженных кусочков бу­маги к заряженному сур­гучу

33

повернется так, что ось ее будет направлена к заряженному телу (рис. 22). Повернув стрелку рукой и вновь отпустив, мы обнаружим, что она снова возвращается в прежнее положение. Какой конец стрелки окажется обращенным к заряженному телу — дело случая, но никогда стрелка не останавливается так, чтобы ось ее составила заметный угол с направлением на заряженное тело.

2 Элементарный учебник физики, т. II

Насадим бумажную или металлическую стрелку на ост­рие, укрепленное на изолирующей подставке так, чтобы стрелка легко могла вращаться на острие. Если вблизи та­кой стрелки поместить заряженное тело, то она немедленно

Для объяснения этих взаимодействий между заряжен­ными и незаряженными телами нужно вспомнить явление индукции (§8) и закон Кулона (§ 10). Все тела (кусочки бумаги, стрелки) вблизи заряженного тела испытывают электризацию через влияние (индукцию), в результате ко­торой имеющиеся в этих телах заряды перераспределяются так, что в одной части тела накапливаются избыточные заря­ды одного знака, а в другой — другого (рис. 23 и 24).

Сургуч^

Рис. 23. Объяснение притяжения заряженным сургучом незаря­женных кусочков бумаги

Рис. 24. Объяснение дейст­вия заряженного тела на нез ар я жен ну ю стр ел ку

При этом ближе к влияющему заряженному телу оказы­ваются заряды, знак которых противоположен знаку его заряда; одноименные же заряды скапливаются в избытке на отдаленном конце. Взаимодействие заряда тела с индуци­рованными (наведенными) зарядами происходит по закону Кулона. Поэтому каждое тело с индуцированными зарядами одновременно и притягивается и отталкивается заряженным телом. Но отталкивание, имеющее место между зарядами, находящимися на большем расстоянии, слабее, чем притя­жение. В результате «незаряженные» тела поворачиваются и притягиваются заряженным телом, как это и наблюдается на опыте.

л 12.J. Поднесите заряженную палочку поочередно: к кусочку ва-

• ты, лежащему на стеклянной пластинке, и к такому же кусочку ваты, положенному на деревянный стол. Почему кусочки ваты притягиваются к палочке во втором случае сильнее, чем в первом? Обратите внимание на то, что дерево гораздо лучший проводник, чем стекло.

§ 13. Понятие об электрическом поле. Действие заряженного тела на окружающие тела проявляется в виде сил притяже­ния и отталкивания, стремящихся поворачивать и переме­щать эти тела по отношению к заряженному телу. Мы на­блюдали проявление этих сил в опытах, описанных в преды­

дущих параграфах. Их можно наблюдать также с помощью поучительного опыта, который мы сейчас опишем.

Рис.. 25. СЬгема.эксперименталь­ной установки для получения картин электрического поля: 1 — кювета, содержащая кас­торовое масло с кристалликами хинина, 2 —- проводники, сое­диненные с электрической ма­шиной -и создающие электричес­кое поле, 3 — источник света, 4 — экран, на который проеци­руется тень от кристалликов

Нальем в небольшую стеклянную кювету (рис. 25) ка­кой-либо жидкий диэлектрик (например, масло), к которому подмешан порошок с крупинками удлиненной формы ¹). В кювету поместим, напри­мер, две металлические плас­тинки, и соединим их с элек­трической машиной, позво­ляющей непрерывно разде­лять положительные и отри­цательные заряды. Чтобы удобно было следить за по­ведением взвешенных в мас­ле крупинок, спроецируем изображение всей картины на экран или просто отбро­сим тень кюветы на потолок (рис. 25). При зарядке плас­тинок можно видеть, что от­дельные крупинки, располо­женные вначале совершенно беспорядочно,начинают пере­мещаться и поворачиваться и в конце концов устанавлива­ются в виде цепочек, тяну­щихся от одного электрода к другому. На рис. 26 приве­дено изображение расположе­ния крупинок между двумя параллельными металлическими пластинками, а на рис. '2.1— между двумя металлическими шариками.

В этом опыте каждая крупинка подобна маленькой стрелке. Небольшие размеры крупинок позволяют разме­стить их одновременно во многих точках среды и благода­ря этому обнаружить, что действие заряженного тела про­является во всех точках пространства, окружающего заряд. Таким образом, можно судить о существовании электри­ческого заряда в каком-нибудь месте по действиям, про­изводимым им в различных точках окружающего про­странства.

В зависимости от заряда и формы заряженного тела дей­ствие его в различных точках пространства будет различ­

ным. Поэтому для полной характеристики заряда надо знать, какое действие он производит во всевозможных точ­ках окружающего пространства, или, как говорят, надо знать электрическое поле, которое возникает вокруг заря­да. Таким образом, по­нятием «электрическое поле» мы обозначаем пространство, в кото­ром проявляются дейст­вия электрического за­ряда.

Рис. 26. Расположение крупинок меж­ду двумя параллельными пластинками, заряженными разноименно

Рис. 27. Расположение крупинок меж­ду двумя металлическими шариками, заряженными разноименно

Если имеется не один, а несколько заря­дов, расположенных в различных местах, то в любой точке окру­жающего пространства проявится совместное действие этих зарядов, электрическое поле, со­здаваемое всеми этими зарядами.

Заметим, что в начале изучения электричества часто возникает стрем­ление «объяснить» элек­трическое поле, т. е. свести его к каким-либо иным, уже изученным явлениям, подобно тому как тепловые явления мы сводим к беспоря­дочному движению атомов и молекул. Однако многочислен­ные попытки подобного рода в области электричества неиз­менно оканчивались неудачей. Поэтому следует считать, что электрическое поле есть самостоятельная физическая реальность, не сводящаяся ни к тепловым, ни к механиче­ским явлениям. Электрические явления представляют собой новый класс явлений природы, с которыми мы знакомимся на опыте, и дальнейшая наша задача должна состоять в изу­чении свойств электрического поля и его законов.