ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

 

После длительной борьбы теория близкодействия одержала оконча­тельную победу. Расскажем кратко, как это произошло, а также расска­жем о том, что такое 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, на­пример Л (рис. 1), сила, действую­щая на другой заряд — В, мгновенно изменяет свое значение. Причем ни 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 полей 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. 1), то сила, действующая на заряд В, изменится, но не в то же мгновение, а лишь спустя некоторое время:

 

где АВ — 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 наряда А электрическое поле вокруг ЗарядаВ изменится спустя время t. Значит, между зарядами в вакууме происходит какой-то процесс, в ре­зультате которого взаимодействие между ними распространяется с ко­нечной скоростью.

Существование определенного процесса в пространстве между взаимодействующими телами, кото­рый длится 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 равенствапри 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 волнназывается радиосвязью. Сейчас вы можете прочитать в газетах, что радиоволны от космической стан­ции, приближающейся к Венере, до­ходят до Земли более чем через 4 мин. 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; его свойства можно исследовать опытным путем. Но мы не можем сказать, из че­го это поле состоит. Здесь мы дохо­дим до границы того, что известно науке.

Дом состоит из кирпичей, плит и других материалов, которые в свою очередь состоят из молекул, моле­кулы — из атомов, атомы — из эле­ментарных частиц. Более же простых образований, чем элементарные час­тицы, мы не знаем. Так же обстоит дело и с электрическим полем, ни­чего более простого, чем поле, мы не знаем. Поэтому о природе электрического поля мы можем сказать:

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

во-вторых, поле 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 электрическо­гополя. 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 электрического 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.

Согласно теории близкодействия взаимодействие между заряженными частицами осуществляется посред­ством электрического поля. Электри­ческое поле — это особая форма ма­терии, существующая независимо от наших представлений о нем, Дока­зательство реальности электрическо­го поля — конечная скорость рас­пространения электромагнитных взаимодействий.

Фарадей Майкл (1791—1867) — великий английский ученый, творец общего учения об электромагнитных явлениях, в ко­тором все явления рассматриваются с единой точки зрения. Фарадей впервые ввел представление об электрическом и магнитном полях. «Там, где математики видели центры напряжения сил дальнодействия, Фарадей видел промежу­точный агент. Где они не видели ничего, кроме рас­стояния, удовлетворяясь тем, что находили закон распре­деления сил, действующих на электрические флюиды (т. е. за­ряды с современной точки зрения), Фарадей искал сущ­ность реальных явлений, протекающих в среде» (Д. Мак­свелл).

 

-