Следовательно, энергия, связанная с движением заряда, есть кинетическая энергия, и она «содержится» в магнитном поле элемента с током, т.е. движущемся заряде. Вне всякого сомнения, если бы элементарный заряд не имел электростатической энергии (т.е. заряда и размера), то движение его не вызвало бы никакого «магнитного поля» и не представляло бы кинетическую энергию. А это означает, что электрическое поле первично, а магнитное вторично. Т.е. «магнитное поле» является следствием двух вещей: существования элементарных зарядов (т.е. элементарных электрических полей) и факта их движения.

А теперь зададимся ещё одним странным вопросом: чем станет вакуум (самый лучший диэлектрик, как мы установили ранее), если в него внести большое количество, например, электронов и приложить внешнее поле? Электроны начнут двигаться в поле в соответствии с (2.3а) и законами Ньютона. Следовательно, потечёт электрический ток. Окажет ли вакуум хоть какое-то сопротивление этому току? Нет, в рамках точности наших знаний – не окажет. Следовательно, такую систему (вакуум плюс свободные электроны) можно считать идеальным проводником, даже в каком-то смысле сверхпроводником. Вот почему в дальнейшем мы, рассматривая единственный электрон в вакууме, будем часто считать его «идеальным» проводником, хотя сам вакуум мы определили как «идеальный» диэлектрик.

Остаётся нерассмотренным ещё один практически важный для дальнейшего изложения вопрос: поведение проводников в неоднородном поле. Обсуждая свойства диэлектриков, мы пришли к выводу, что любой диэлектрик испытывает в неоднородном поле втягивание по градиенту поля. А что же с проводниками? По аналогии с диэлектриками мы можем сказать, что проводники в электростатическом смысле ведут себя как диэлектрики с бесконечно большой диэлектрической проницаемостью. С одной стороны, они должны были бы испытывать бесконечную силу втягивания по градиенту неоднородного поля. Но, с другой стороны, поверхность проводника эквипотенциальна, значит, градиент на поверхности равен нулю, и никакого втягивания не должно быть вообще. Что же имеет место на самом деле? А на самом деле всё довольно просто: если наш проводник не настолько велик, чтобы замкнуть собой источники поля (заряженные тела), то можно сказать, что пространство вокруг источников поля представляет собой смесь проводника (проводников) и диэлектрика (или вакуума, как одного из диэлектриков). В таком случае мы имеем диэлектрик с большей проницаемостью, чем у «чистого». Следовательно, втягивание будет, но оно будет конечным, и определяться оно будет соотношением количеств проводящей фракции и фракции диэлектрической. Если же проводник настолько велик, чтобы охватить источники, то напряжённости поля внутри него не будет вообще, и говорить о втягивании не придётся.

§ 2.6. Простые и удивительные опыты с электричеством

Взаимное притяжение одноимённых зарядов.

Чтобы убедиться в зримых «нарушениях» закона Кулона уже в весьма простых случаях, потребуется немногое: два листка тонкой (можно пищевой) фольги, два хороших фарфоровых или стеклянных изолятора, кусок медной нелакированной проволоки, два высокоомных сопротивления (примерно по 10-100 МОм) и источник высокого постоянного напряжения. При отсутствии лабораторного источника можно использовать напряжение на аноде кинескопа или напряжение на выходе бытового ионизатора воздуха, разумеется, со всеми предосторожностями, необходимыми при работе с высокими напряжениями.

Из двух небольших прямоугольных кусочков фанеры, дерева или оргстекла соорудим Т-образный каркас для установки (рис. 2.5). Поставим каркас на нижнюю плоскую часть, укрепим посредине «ножки» перевёрнутой буквы Т изоляторы. Вырежем две полоски фольги и прикрутим каждую к своему изолятору проволокой. Соберём схему,

92

показанную на рис. 2.5, из двух сопротивлений и источника высокого напряжения. Один полюс источника заземлим.

Рис. 2.5. Пример очевидного нарушения закона Кулона.

Теперь включим источник. Очевидно, что в соответствии со схемой на одном электроде (полоске фольги) будет потенциал, равный половине потенциала источника относительно земли, а на другом – полный потенциал. Поскольку и на одной полоске и на другой потенциал одного знака, то, следовательно, и заряд на каждой полоске будет одинакового знака. Однако величины этих зарядов будут отличаться примерно вдвое. Полоски представляют собой обкладки плоского конденсатора, разность потенциалов между которыми равна половине полного потенциала источника. Между обкладками заряженного конденсатора, вне всякого сомнения, будут действовать пондеромоторные силы взаимного притяжения. И, несмотря на то, что знак заряда на полосках одинаковый, полоски притянутся друг к другу, возможно, вплоть до замыкания с образованием искрового разряда. Но если теперь закоротить сопротивление R2 (или удалить

сопротивление R1 ) на рис. 2.5, то полоски начнут отталкиваться, так как они теперь не

только одноимённо заряжены, но и находятся под одним потенциалом, и, по сути, в такой схеме представляют собой классический электроскоп. Скажите теперь, не зная ни реальной формы, ни реальных расстояний между, например, частицами в ядрах атомов, можем ли мы утверждать, что непременно требуется какое-то особое внутриядерное поле для удержания, например, двух протонов и двух нейтронов вместе?! Разве не может оказаться, что вполне достаточно обыкновенных электростатических взаимодействий, подобных тем, что в вышеописанном опыте заставляли притягиваться одноимённо заряженные тела?

Видоизменим опыт. Установим теперь между полосками фольги медный экран. Теперь наши полоски всегда будут притягиваться, не только вне зависимости от знаков зарядов на них, но даже и при совершенно одинаковом потенциале. Не таково ли

93

электрическое действие нейтронов в ядрах? Не подобны ли они медному экрану в этом опыте?! Ведь не существует в природе ядер, состоящих только из протонов, кроме ядра атома водорода, в котором единственный протон, и ему просто не от кого отталкиваться.

Вшкольных (да и вузовских) курсах физики обязательно демонстрируются опыты

сэлектроскопом, вольно или невольно убеждающие учащихся в том, что одноимённые заряды всегда и везде отталкиваются. Но, насколько нам известно, ни в одной программе не демонстрируются опыты, в которых одноимённые заряды притягивались бы, и не разъясняются возможные нарушения закона Кулона, сформулированного для несуществующих в природе идеализированных точечных зарядов. Таким образом, у будущих учёных формируется ригидный миф о том, что одноимённые заряды обязаны отталкиваться во что бы то ни стало. К чему этот миф (и ряд других) привёл во всех иных отношениях умных и талантливых физиков начала-середины XX века мы уже знаем: к бесконтрольному размножению постулатов и сущностей с последующей вакханалией подгонки коэффициентов наспех придуманных уравнений.

Литература

1.Т.И.Трофимова. Курс физики. 9-е издание. – М.: Издательский центр «Академия», 2004 г.

2.Б. М. Яворский, Ю. А. Селезнев. Справочное руководство по физике. Для поступающих в вузы и для самообразования. М.: "Наука", 1989 г.

3.А. П. Мартыненко. «Вакуум в современной квантовой теории» Соросовский образовательный журнал, т.7, N 5., 2001 г.

4.В. Н. Ганкин, Ю. В. Ганкин. Как образуется химическая связь и как протекают химические реакции. ИТХ. Институт теоретической химии. Бостон. 1998 г.

94