Учебник - Основы теории электричества, страница 3

н фнктноных зарядов -- плотность, масса единицы объема — электрический погенцнал — магнитный поток — магнитный скалярный потеюгиал — ноток магнитной индукции, свободная энергия циклическая (кругован) частота — телесный угол — оператор Гамильтона («пабла») — оператор Х!апггасгг ВВЕДЕНИЕ Согласно современным воззрениям атомы всех тел построены из электрически заряженных частиц — сравнительно легких электронов, заряженных отрицательно, и сравнительно тяжелых атомных ядер, заряженных положительно.

Нейтральные в электрическом отношении тела кажутся нам таковыми только потому, что отрицательный заряд входящих в их состав электронов равен положительному заряду входящих в их состав атомных ядер, так что влияние противоположных зарядов взаимно нейтрализуется (по крайней мере на расстояниях, достаточно больших по сравнению с расстоянием между отдельными электрическими частицами, входящими в состав нейтрального тела).

Перераспределение электрических зарядов и, в частности, электрический ток обусловливается перемещением электрических частиц и притом большей частью электронов, а не атомных ядер„ибо в состав атомов химических элементов всегда входит некоторое число «внешних» электронов, сравнительно слабо связанных с массивным центральным атомным ядрол! и сравнительно легко от него отщепляющихся.

Отрицательный заряд электрона равен 4,80.10 '" абсолютных электростатических единиц электричества (или 1,60.10 " кулонов), положительные же заряды атомных ядер по абсолютной величине равны целым кратным этого так называемого элементарного заряда, являющегося неделимым атомом электричества. Заряды различных атомных ядер варьируются от одного (водород) до девяноста двух (уран) элементарных зарядов ) . Самым легким атомным ядром является ядро водорода, носящее название протона; масса протона (1,67 10 -" г) примерно в 2000 раз больше массы электрона (9,11 Х Х!0 зз г).

Геометрические размеры как атомных ядер, так и электронов настолько малы по сравнению со средними расстояниями между этими частицами в атомах и молекулах, что при рассмотрении громадного большинства физических и химических явлений можно как атомные ядра, так и электроны считать материальными точками, характеризуемыми определенным электрическим зарядом и определенной массой. Вопрос же о том, как построены атомные ядра из более элементарных частиц (протонов и нейтронов), имеет значение только для сравнительно ограниченного круга физических явлений, относящегося к области ядерной физики, которую мы рассматривать не будем. Только для этой области явлений имеют значение и так называемые ядерные силы, которымн определяется взаимодействие частиц (протонов и нейтронов), входящих в состав атомных ядер. Исходя из указанных представлений современнаи физика ставит своей задачей определить электрическую структуру всех встречающихся в природе ветцеств (число, расположение и характер движения входящих в состав нх ! В настпягцее врсми искусственным путем получен ряд новых тяжелых элементов, стон щих за ураном в периодичеекой системе.

1и введение ВВЕДЕНИЕ электрических частиц) и вывести законы физических и химических явлений из основных законов взаимодействия электрических зарядов и законов их движения (которые в микромире носят квантовый характер). Вдипственное исключение нужно сделать для тех явлений, для которых имеют существенное значение силы тяготения и силы ядерные, ибо только этн силы нс сводятся к взаимодействинь электрических зарядов. Первым шагом на нуги к разрешению указанной задачи должно бьггь выяснение законов Взаимодействия электрических зарядов, законов электромагнитного поля. Громадное болыпинство применяемых па практике способов наблюдения и измерения слишком грубы для того, чтобы с их помо<пью можно было обнаружить существование отдельных частиц электричесг<ьа. Наименьшие электрические заряды, доступные наблюдению < <юмощыо этих способов, содержат в себе многие миллионы и миллиарды частиц электричества, отделенных друг от друга ничтожными расстояниями.

Нри таком суммарном или м а к р о с к о и и ч е с к о м ') изучении электрических явлений в масштабе, доступном непосредственному наблюдению, мы можем, пе внося сколько- нибудь существенной ошибки в результаты рассуждений, вовсе пе учитывать атомистичегкого ст!ьоения электричества и пользоватьси представлением о непрерывно протяженных электрических зарядах; ипымн словами, мы можем считать, что электрические заряды сплошным, непрерывным образом заполняют заряженные участки материальных тел (так называ<мьи. «объемные заряды»). Упрощая таким образом нашу задачу, мы лишь глгдуем примеру механики. Ввиду того что изучение механики в<с<ьмых тел при учете атомистнческой структуры вещества связано со значнтельпымн математн некими трудностями, теория упругости, гидр<п<ииамнка н аэродинамика оперируьот с идеализированным представлением о пепр<рышпь протяженных материальных телах.

В известных, и притом доволшю широких пределах шь пьбчши «1- мена вполне законна, н результаты, получепиьье прн рассм<п репки непрерывных сред, оказь<ваются применимыми к реальным телам прсрышюпь строения. Следуя историческому ходу развития электродинамики, мы ьшчпем г изложения макроскопической теории электромагнитных явлений, основанной иа представлении о непрерывном распределении аль ктричсскпх зарядов, Но накоплении известного количества сведений мы перейдем к параллельному изложению основных предстаю<опий м и к р о г к о п и ч е г к и й теории, основанной на учете атомистическоьчь <просини электричества (так называемая «электронная теория»), и покажем, что приблпжсииьк макроскопнч<ские зак<пьы суммарных явлений вытекшот нз более точных микроскопических законов явлении элементарш<х.

1!ри этом, одиак ь, нужно иметь в виду. что сколько-нибудь полное и строгое изложепи< микроскопической т< ории неизбежно должно базироваться на квинч<ьвии теории в ес говргмгаюй форме. Ввиду того, что мы не можем пр<дп<иьагать у читателя основательного знакомства с к<ьантовой механикой, мы вынужд<ны будем в осповшьм ограничиться изложением только тех вопрос<в микроскопической теории, которьье с достаточной гтепепькь точности могуч быть рассмотрены в рамках классической (докваптовой) физики. В главе Ъ'11 мы вновь ограничимся рассмотрением мзкроскопической теории полн с тем„чтобы на основе и<и<у н нпььх результатов сформулировать полнукь систему огноиьых положений этой теории (формулироика сущ<ч гВснной их части соде!)жится В так паз!<васчььх у!юВпспиях Максвелла). ') 1'рсчсскос «и»крон» Во»ивов о аслонсзьь ннь<счь,.

Эта система основных п оложений, или «постулатов», играет в электродинакакую в классической механике играют «акси мике такую же роль, к гчьютона. гь частности, Н В ° ости, справедливость этих основных постулатов ° р тов мак оскоодинамики (как и справедливость аксиом Ньютона) мож'т е пической электродин мики ~ж опираться при отыскании основных закономер- <на который только и можно опи , не может дать совершенно строгого доказа- погтей, но который, однако, не мо тельства их справедливости), ), а согласием с опытом всей совокупности следст- вий, вытекакнцих из теории и о хватывающих все закономерности макроскопи- ческого электромагнитного поля.

о я. В главе Ч11 мы рассмотрим некоторые из этих следствий, относящихся, в ч в частности, к электромагнитным волнам. Наконец, в главе мы р Л11 мы ассмотрим электромагнитные явления в дви- жущихся средах, ограннч ившись случаем, ко<да скорость этих сред мала по сравнению со скоростькь света. ГЛЛВЛ 1 ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ НЕПОДВИЖНЫХ ЗАРЯДОВ В ОТСУТСТВИЕ ДИЭЛ ЕКТРИ КОВ закон !.ул!опд может быть проверена путем последовательного измерения попарных сил взаимодействия между ними.

Предположим цля простоты, что при этих измерениях исследуемые заряы всякий раз помещаются на одном и том же расстоянии друг от друга (осды всяк тальные же заряды устраняются) . При этом условии ич уравнения (1.1) в те- (!.1) ы кают соотношения Р23 /Р!3=ее /е! и Реч /Р!4=ее /е!, й 1. Закон Кулона В этой главе мы будем предпсыгагать, что в электрическом поле неподвижных зарядов, кроме проводников электричества, никаких других материальных тел нет. 1.

В основе теории электростатического поля лежит закон Кулона, являющийся обобщением данных опыта. Этот закон, как известно. гласит, что два чарнженных тела бесконечно малых ризмерсгн (два точгчныт заряда) отталкиваются, если заряды их одноименны, и притягиваютслч если они разно- именны„пРичем сила их взаимодействиЯ Р пРопоРциональна е!ех//сь!т! Рж —, е,ет где е! и ет заряды первого и второго тел, а )г'!т - — расстояние между ними.

Если зарядов имеется не дна, а болыпе, то па каждый заряд будут действовать со стороны всех остальных зарядов силы типа (1. ! ) . В частности, если заряды е! и ет помещены в воздух, керосин или какую-либо другую иепроводящую среду, то, помимо непосредственного взаимоцействия зарядов е! и ев друг с другом по закону (1.1), необходимо учитывать также и взаимодействие этих зарядов е! и ет с зарядами электронон и атомных ядер, входящих в состав нейтральных молекул среды.