41. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

Идеи Фарадея. Решительный поворот к представлениям близкодействия был начат великим английским ученым Майклом Фарадеем, а окончательно завершен Максвеллом.

По теории действия на расстоянии один заряд непосредственно «чувствует» присутствие другого. При перемещении одного из зарядов А (рис. 99) сила, действующая на другой заряд В, мгновенно изменяет свое значение. Причем с самим зарядом В, ни с окружающим его пространством никаких изменений не происходит.

Согласно идее Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создает в окружающем пространстве электрическое поле. Поле одного заряда действует на другой заряд, и наоборот. По мере удаления от заряда поле ослабевает.

Первоначально эта идея выражала лишь уверенность Фарадея в том, что действие одного тела на другое через пустоту невозможно.

Доказательств существования поля не было. Такие доказательства и нельзя получить, исследуя Лишь взаимодействие неподвижных зарядов. Успех к теории близкодействия пришел после изучения электромагнитных взаимодействий движущихся заряженных частиц. Вначале было доказано существование переменных во времени нолей, и только после этого был сделан вывод о реальности электрического поля неподвижных зарядов.

Скорость распространения электромагнитных взаимодействий. Основываясь на идеях Фарадея, Максвелл сумел теоретически доказать, что электромагнитные взаимодействия должны распространяться в пространстве с конечной скоростью.

Это означает, что если слегка передвинуть заряд А (рис. 99), то сила, действующая на заряд В, изменится, но не в то же мгновение, а лишь спустя время:

где расстояние между зарядами, а с — скорость распространения электромагнитных взаимодействий. Максвелл нашел, что она равна скорости света в вакууме, т. е. 300 000 км/с. При перемещении заряда А электрическое поле вокруг заряда В изменится спустя время

Значит, между зарядами в вакууме происходит какой процесс, в результате которого взаимодействие между ними распространяется с конечной скоростью.

Существование

Рис. 99

определенного процесса в пространстве между взаимодействующими телами, длящегося конечное время, — вот главное, что отличает теорию близкодействия от теории действия на расстоянии. Все прочие аргументы в пользу той или другой теории не могут считаться решающими. Правда, эксперимент по проверке равенства (8.8) при перемещении зарядов трудно осуществить из-за большого значения скорости с. Но в этом сейчас, после изобретения радио, нет нужды.

Радиоволны. Передача информации с помощью электромагнитных волн называется радиосвязью. Сейчас вы можете просто прочитать в газетах, что радиоволны от космической станции, приближающейся к Венере, доходят до Земли более чем через четыре минуты. Станция уже может сгореть в атмосфере планеты, а посланные ею радиоволны еще долго будут блуждать в пространстве. Таким образом, электромагнитное поле обнаруживает себя как нечто реально существующее.

Что такое электрическое поле? Мы знаем, что электрическое поле существует реально. Мы можем исследовать его свойства опытным путем. Но мы не можем сказать, из чего это иоле состоит. Здесь мы доходим до границы того, что сейчас известно науке.

Дом состоит из кирпичей, плит и т. д. Последние, в свою очередь, — из молекул, а молекулы — из атомов. Атомы — из элементарных частиц. Более же простых образований, чем элементарные частицы, мы, по крайней мере сейчас, не знаем. Так же обстоит дело с электрическим полем. Ничего более простого, чем поле, мы не знаем. Поэтому о природе электрического поля мы можем сказать лишь следующее:

во-первых, поле материально: оно существует независимо от нас, от наших знаний о нем;

во-вторых, оно обладает определенными свойствами, которые не позволяют спутать его с чем-либо другим в окружающем мире. Установление этих свойств и формирует наши представления о том, что такое электрическое поле.

При изучении электрического поля мы сталкиваемся с особым видом материи, движение которой не подчиняется законам механики Ньютона. С открытием электрического поля впервые за всю историю науки появилась глубокая идея: существуют различные виды материи и каждому из них присущи свои законы.

Основные свойства электрического поля. Главное свойство электрического поля — действие его на электрические заряды с некоторой силой. По действию на заряд устанавливают существование поля, распределение его в пространстве, изучают все его характеристики.

Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим. Оно не меняется со временем. Электростатическое поле создается только электрическими зарядами. Оно существует в пространстве, окружающем эти заряды, и неразрывно с ними связано.

По мере изучения электродинамики мы будем знакомиться с новыми свойствами поля. Познакомимся и с переменным во времени электрическим полем, которое уже не связано с зарядами неразрывно. Многие свойства статических и переменных полей совпадают. Однако имеются между ними и существенные различия. Говоря о свойствах поля, мы будем называть это поле просто электрическим, если данное свойство в равной мере присуще как статическим, так и переменным полям.