§ 5. Что происходит при электризации?

До сих пор мы не интересовались тем, что происходит с телом, когда мы создаем на нем электрические заряды. Сейчас мы рассмотрим это подробнее.

Прежде всего покажем, что при электризации заряжаются оба тела. Для этого укрепим на хорошо изолирующих ручках две пластинки: эбонитовую и деревянную, покрытую сукном. Для более точного суждения о заряде пластинок мы будем не просто касаться ими стержня электроскопа, а предварительно укрепим на электроскопе металлический стакан (рис. 9). В § 31 мы увидим, что если внести заряженное тело внутрь замкнутой проводящей полости, даже не касаясь телом ее стенок, то на внешней поверхности полости появляется заряд, в точности равный внесенному внутрь заряду. Приближенно это будет верно и для полости с небольшим отверстием, например для узкого высокого стакана.

Рис. 9. а) В стакан электроскопа внесены эбонитовая пластинка 1 и покрытая сукном деревянная пластинка 2, заряженные противоположно; электроскоп не показывает никакого отклонения. б) При удалении одной из пластинок листки электроскопа отклоняются

Поместим каждую из пластинок в стакан. Электроскоп не показывает отклонения листков; это доказывает, что обе пластинки вначале не заряжены. Затем потрем пластинки друг о друга и будем снова вносить их порознь в стакан. При внесении каждой пластинки электроскоп обнаружит большое отклонение листков, указывающее, что при трении зарядились как эбонит, так и сукно.

Внесем обе потертые друг о друга пластинки в стакан электроскопа одновременно. Электроскоп не будет показывать никакого отклонения листков. Если, однако, удалить какую-либо из пластинок, оставив вторую внутри стакана, электроскоп покажет большое отклонение, указывающее, что каждая из пластинок по-прежнему сильно заряжена. То обстоятельство, что при помещении в стакан обеих заряженных пластинок электроскоп не обнаруживает заряда, означает, что заряды пластинок в точности равны по модулю, но противоположны по знаку, так что сумма зарядов обеих пластинок и после электризации равна нулю.

Этот важный опыт наводит на мысль, что ни положительные, ни отрицательные заряды не создавались при трении; они были в каждой из наших пластинок уже до опыта, но в равных количествах и поэтому не могли быть обнаружены. Электризация сводится к тому, что положительные и отрицательные заряды каким-то образом разделяются, так что на одной пластинке (сукно) оказывается избыток положительных зарядов, а на другой (эбонит) – такой же избыток отрицательных зарядов. Поэтому, хотя каждая из пластинок заряжена, общая сумма положительных и отрицательных зарядов по-прежнему равна нулю.

В дальнейших главах мы покажем, что представление об электризации как о разделении зарядов действительно правильно. Мы увидим, что отрицательный заряд связан с мельчайшими частицами вещества, называемыми электронами. Заряды всех электронов одинаковы и равны по модулю так называемому элементарному заряду  - наименьшему заряду, существующему в природе). Масса электрона очень мала и составляет приблизительно  долю массы водородного атома. Поэтому можно придать телу или отнять от него очень большое число электронов без заметного изменения его массы.

В настоящее время также известно, что в состав любого атома входит определенное число электронов. Такой атом в естественном состоянии не является заряженным, так как внутри него имеется еще и положительно заряженная часть – атомное ядро, представляющее основу всякого атома. При этом сумма отрицательных зарядов всех электронов по модулю в точности равна положительному заряду ядра (рис. 10,а).

Рис. 10. Условная схема: а) нейтрального атома; б) положительного иона; в) отрицательного иона

Если, однако, тем или иным способом мы удалим из атома один или несколько электронов, то у атома окажется избыток положительного заряда; другими словами, он будет заряжен положительно. Атом в таком состоянии называется положительным ионом (рис. 10,б). Точно так же, если к атому присоединятся избыточные электроны, мы получим отрицательно заряженный атом или отрицательный ион (рис. 10,в). Процесс электризации представляет собой перенесение с одного тела на другое электронов или ионов. Ясно, что при электризации любого тела на другом теле должен всегда возникнуть заряд, равный по модулю и противоположный по знаку заряду, возникшему на первом теле. Именно это мы и наблюдали в описанных опытах.