Глава I. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИКИ

§ 1. Электризация.

Проводники и изоляторы. Слово «электричество» происходит от греческого слова, означающего янтарь. Около 600-х годов до нашей эры Фалес Милетский, по видимому, первый открыл, что янтарь, если его потереть, притягивает к себе легкие тела. В настоящее время известно, что этим свойством в той или иной степени обладает большинство веществ. Если потереть куском шелка стеклянную палочку или металлическую палочку со стеклянной ручкой, то обнаружится, что они притягивают к себе маленькие кусочки бумаги. Поэтому их называют наэлектризованными. В случае металлической палочки состояние электризации может быть уничтожено прикосновением пальца. Далее, держа в руках куски различных веществ и дотрагиваясь ими до наэлектризованной металлической палочки, можно обнаружить, что металлы и влажные предметы уничтожают электризацию, а такие вещества, как стекло и шелк, - не уничтожают. Вещества, снимающие электризацию, называются проводниками, а вещества, не снимающие ее, изоляторами. Существуют, однако, и такие вещества, которые снимают электризацию очень медленно и поэтому с одинаковым правом могут быть названы плохими проводниками или плохими изоляторами. Таким образом, нет определенной границы между этими двумя группами веществ.

§ 2. Положительное и отрицательное электричество.

Потрем стеклянную палочку шелком и коснемся этой палочкой или этим шелком какого-нибудь легкого проводящего тела, например позолоченного шарика, подвешенного на шелковой нитке, он окажется наэлектризованным. Два шарика притягиваются, если один из них наэлектризован стеклом, а другой шелком, и отталкиваются. если оба наэлектризованы стеклом или шелком. Отсюда следует, что существуют два рода электричества и что тела, одинаково наэлектризованные, отталкиваются, а противоположно наэлектризованные — притягиваются. Проводя опыты со многими веществами, мы приходим к выводу, что существуют только два рода электричества. Электричество на стеклянной палочке принято называть положительным, а на шелке — отрицательным.

§ 3а. Закон Кулона, единица заряда, диэлектрики

Далее оказывается, что сила, действующая между шариками, быстро уменьшается при удалении их друг от друга. Кулон при помощи крутильных весов исследовал эти силы и нашел, что сила взаимодействия двух наэлектризованных тел пропорциональна произведению их зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль линии, соединяющей эти тела. Этот закон известен под названием закона Кулона. Его формулировка содержит в себе определение количества электричества или электрического заряда: электростатической единицей заряда является такое количество электричества, которое отталкивает равное ему количество

электричества, находящееся в вакууме на расстоянии одного сантиметра, с силой в одну дину. Практической единицей электричества является кулон, равный электростатических единиц.

Этот закон обратных квадратов остается справедливым и в однородных изотропных непроводящих средах, но там сила, действующая между одинаковыми зарядами, меньше по величине, и ее в единицах MKS можно записать в виде

где -сила, действующая на заряд кулонов со стороны заряда вектор, направленный от его величина (в метрах), единичный вектор вдоль т. е. диэлектрическая проницаемость, являющаяся постоянной характеристикой среды. Для вакуума эта величина (обозначим ее численно равна фарад Относительная диэлектрическая проницаемость К, равная отношению является величиной безразмерной и не зависящей от выбора системы единиц.

§ 3б. Пределы применимости закона Кулона.

Точность измерений Кулона значительно превзойдена современными методами, и, как недавно было подтверждено, величина показателя в формуле (1.1) равна 2 с точностью до Однако нужно помнить, что закон Кулона можно применять с уверенностью лишь в пределах тех размеров, при которых он подтверждается. Закон строго применим только к заряженным телам, размеры которых значительно меньше расстояния между ними. Форма же и состав этих тел несущественны. На протяжении всей книги мы постараемся избежать построения какой бы то ни было макроскопической теории, основанной на предположении применимости закона Кулона для атомных расстояний.