Пространство заполнено не имеющими толщины упругими нитями, считал Фарадей. Если в такое пространство попадает электрический заряд, нити искривляются, натягиваются и передают действие заряда другим заряженным телам. Пользуясь такими нитями или, как он их назвал, силовыми линиями, Фарадей не только дал качественное объяснение такому явлению, как электромагнитная индукция, но и провел первые количественные расчеты магнитного поля. А физики знают, что даже сегодня при наличии мощных ЭВМ расчет сложного электрического поля — задача далеко не простая.
Электрон
Первооснову всех электрических явлений создают электрические заряды, которые, как известно, бывают двух знаков: положительные и отрицательные. Носителями элементарного (т. е. наименьшего из всех возможных) отрицательного электрического заряда являются электроны, а носителями элементарного положительного электрического заряда — протоны. Существует еще довольно много частиц, несущих элементарные положительные и отрицательные электрические заряды. Например, позитрон, который во всем подобен электрону, кроме знака заряда. Но эти частицы живут очень недолго и потому не принимают заметного участия в интересующих нас явлениях. Что же касается электрона и протона, и тот и другой практически вечны. Никто пока не наблюдал разрушившегося электрона, а о времени жизни протона все еще спорят ученые, но сходятся в том, что это время, выраженное в годах, изображается единицей с большим количеством нулей.
Так незаметно для себя мы пришли к еще одному закону сохранения — закону сохранения электрического заряда.
Любое физическое тело из тех, что окружают нас, или из тех, которых мы никогда не видели, но существование которых предполагаем, состоит в конечном итоге из электронов, протонов и нейтронов. Как правило, количество протонов в теле равно количеству электронов и поэтому тело остается электрически нейтральным. Наличие в нем электрических зарядов не сказывается уже на расстоянии парадка микрометров от его поверхности. Если же количество электронов не равно количеству протонов, тело приобретает свойства электрически заряженного объекта. Так ■ происходило в опытах Фаллеса, когда прк натирании янтаря о материю часть аяежтровов переходила с янтаря на ткань.
Два электрически заряженных тела притягиваются друг к другу, если их заряды разаовмеяны, в отталкиваются друг от друга, если их заряды одвоименьш, с силой, прямо пронорииональной произведению, зарядов и обратно продорциовально* квадрату расстоянии между зарядами. Обычно эти силы имею? вполне доброоора-дочную «комнатную» величину несколько десятых или сотых долей ньютона. Два тела, несущие на себе заряды 1 Кул и разнесенные друг от друга на расстояние 1 м, взаимодействуют с силой I Н. Один кулон — огромная величина заряда, и аолучвть такой заряд в лабораторных условиях, скажем, на шарике диаметром I см.— задача достаточно сложная.
Небезынтересно произвести здесь такой расчет. Металлическим шарик диаметром 1 см содержит при мерно 1025 электродов — мы берем очень приблизительную цифру, потому что, естественно, количество электронов зависит прежде всего от металла, из которого сделан шарик. Заряд электрона составляет 1,6-10г19 Кул. Следовательно, чтобы подучить заряд 1 Кул, шарик должен потерять ила приобрести дополнительно примерно лишь одну мяллмоммуш от полного запаса своих электронов. Если бы во какой-то врвчлне шарик потерял все сваи электроны, он приобрел бы положительный заряд 1 млн. Кул. Два таких шарика, разнесенных на гигантское по сравнению с атомными размерами расстояние I м, взаимодействовали бы с силой W2 Н, или около 106 млн. т.
Сто миллионов тонн' Представьте себе вебоскреб, парящий в воздухе на высоте I м над землей, а удерживает его от падения сила отталкивания от крохотного шарика. Только осознав эти цифры, можно хоть немножко оценить, какие гигантские силы действуют в так называемом микромире. Ведь источником зарядов там остаются все те же электроны и протоны.
Поле
Электрические заряды, будь то заряды отдельных электронов или заряды шариков, взаимодействуют на расстоянии. Это дает основание считать, что пространство вокруг электрических зарядов заполнено электрическим (говорят также, электростатическим) полем или, иначе, любая точка пространства, окружающего заряд, обладает тем свойством, что если поместить в ней пробный едияичный доложитедьный электрический заряд, то на него будет действовать сила, равная по величине и направлению напряженности электрического поля в данной точке.
