Часть III. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

Глава 1. ЭЛЕКТРОСТАТИКА

§ 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАРЯДЫ. ПРОВОДНИКИ И ДИЭЛЕКТРИКИ

В этом разделе курса рассматриваются физические явления, в которых участвуют электрические заряды. Существует два рода электрических зарядов, которые условно названы положительными и отрицательными зарядами. Тела, имеющие электрические заряды одного знака, отталкиваются друг от друга; тела с зарядами противоположных знаков притягиваются.

Установлено, что электричество «атомистично», т. е. как положительные, так и отрицательные заряды состоят из целого числа одинаковых по величине элементарных (наименьших, неделимых) электрических зарядов. Элементарный электрический заряд равен такой величийы отрицательный заряд имеет, например, электрон, а положительный заряд — протон. Если в атоме или молекуле вещества имеется положительных и отрицательных элементарных зарядов, то полный заряд такой частицы будет равен Тело (или какая-нибудь его часть) электрически заряжено, если в пределах его объема число элементарных положительных зарядов больше или меньше, чем число отрицательных зарядов; для электрически нейтральных тел эти числа равны. Атомы или молекулы, имеющие избыток электрических зарядов одного знака, называются ионами (положительными или отрицательными).

В явлениях, где участвуют электрически заряженные тела и частицы, соблюдается закон сохранения электрических зарядов: в замкнутой системе, какие бы процессы ни протекали в ней, алгебраическая сумма положительных и отрицательных зарядов с течением времени не изменяется, Это означает, что внутри замкнутого объема изменение суммарного электрического заряда можно осуществить только путем внесения зарядов извне или извлечения их за пределы рассматриваемого объема.

Тела, в которых заряженные частицы (электроны, ионы) могут свободно перемещаться в пределах их объема, являются проводниками; к ним относятся металлы, электролиты, ионизированный газ. В диэлектриках заряженные частицы не имеют такой свободы перемещения и могут только несколько смещатьсй относительно определенных положений равновесия. В проводниках

заряженные частицы участвуют в беспорядочном тепловом движении атомов и молекул, в диэлектриках — совершают беспорядочные колебания вокруг положений равновесия.

Тела называются электрически однородными, если их электрические свойства одинаковы в пределах всего объема; тела называются электрически изотропными, если их электрические свойства одинаковы по всем направлениям.

Измерения показывают, что, например, у кристаллических тел удельное сопротивление (у проводников) или диэлектрическая проницаемость (у диэлектриков) различны в различных направлениях. Такие тела называются анизотропными. той или иной степени большинство тел неоднородны и анизотропны.

Большое применение получили полупроводники — вещества, электрические свойства которых в зависимости от их состава, строения и состояния изменяются в очень широких пределах. В одних условиях (при низких температурах) они имеют большое удельное сопротивление, в других (высокие температуры) — малое. Некоторые полупроводники (селен) заметно уменьшают свое электрическое сопротивление под действием света. Свойства и применения полупроводников изложены отдельно в § 16 ч. III.

Удельные сопротивления различных веществ лежат в широких пределах:

у проводников —

у полупроводников —

у диэлектриков

Заметим, что деление веществ на проводники, полупроводники и диэлектрики производится не по значению их удельных сопротивлений, а по совокупности их электрических свойств и различию в их внутренней структуре.