ЭЛЕКТРИЧЕСТВОташему восприятию непосредственно доступны в сущности лишь процессы перехода электромагнитной энергии в другие формы энергии.
’Так например, электрический ток обнаруживается нами при переходе его энергии в механическую (смещение стрелки гальванометра, электромоторы и т. д.), в тепловую (нагревание проводника), в химическую (электролиз) и т. д.
<3амое воздействие электромагнитного поля на электрические заряды сопровождается в большинстве случаев переходом электромагнитной энергии поля в электрическую энергию движения зарядов (напр. при его ускорении полем) или же переходом обратным.
Как уже упоминалось, вопрос реальности электромагнитного поля может быть решен лишь ;на основе изучения переменных электромагнитных полей, в частности электромагнитных волн. Положительный ответ на него вытекает из конечности скорости распространения электромагнитных полей в связи с принципом сохранения энергии. Действительно, если напр. солнце (или передающая радиостанция) в определенный момент t излучает — в форме света или радиоволн — определенное количество энергии W (причем конечно энергия солнца или радиостанции уменьшается на величину W), и если эта энергия была поглощена напр. землей (или приемной радиостанцией) лишь в нек-рый последующий момент t^-At, то где находилась эта энергия W в течение времени At? Ведь в течение этого промежутка di сумма энергий солнца и земли (или обеих радиостанций) была меньше, чем до момента t или после момента t+At. В тоже время физическое состояние пространства на пути от солнца до земли (или между радиостанциями) отличалось в смысле напряженности поля от его состояния как до момента t, так и после момента t-^-At, Основываясь на принципе сохранения 'энергии, мы т. о. должны заключить, что носителем энергии W в течение времени At являлось электромагнитное поле в этом пространстве и что следовательно электромагнитное поле, яв. ляясь носителем энергии, обладает физической реальностью.
Можно показать, что плотность W электромагнитной энергии, т. е. количество ее в единице объема (1 см3), пропорциональна сумме квадратов напряженностей Е и Н электрического и магнитного поля в рассматриваемом объеме: TT = i(E» + №)
(3)
(в случае отсутствия в этом объеме диэлектриков и магнетиков, см. ниже).
Система уравнений, количественно выражающих охарактеризованные выше основные законы электромагнитизма, была впервые дана Максвеллом и в окончательном виде сформулирована Герцем и Хивисайдом. Однако уравнения Максвелла оставляли открытым вопрос о структуре электрических зарядов.
В 18 и начале 19 вв. господствовало представление, что Э. является особого рода невесомой жидкостью («флюидом»). Уже тогда стало известно, что появление положительного или отрицательного Э. (например при электризации трением) всегда сопровождается одновременным появлением равного количества Э. противоположного знака. Тайим образом общая сумма электрических зарядов, взятых с надлежащими знаками, всегда остается неизменной. В дальнейшем Фарадей и Максвелл перенесли центрвнимания с электрических зарядов на электромагнитное поле, сами заряды стали трактоваться лишь как «особые точки» поля, как узловые точки электрических силовых линий.
Успехи атомистической теории возродили в последней четверти прошлого века интерес к вопросу о природе Э. и вместе с тем впервые создали базу для правильного его решения.
Установленные еще Фарадеем (1834) законы электролиза были интерпретированы Стонеем (1874) и Гельмгольцем (1880) в том смысле, что с каждым заряженным атомом или ионом любого вещества всегда связан элементарный электрический заряд одной и той же вполне определенной величины или же целое число этих элементарных зарядов. Исследования Дж.
Дж. Томсона и его школы (1890—1900) показали, что тем же зарядом обладают и ионы, образующиеся при электрическом разряде в газах. Весьма йажную роль сыграло также исследование катодных лучей и jS-лучей радиоактивных веществ, представляющих собою поток отрицательных элементарных зарядов (электронов). Как эти, так и громадное количество других исследований доказали атомистическую структуру Э. (см. Электрон, Электронная теория). Э. состоит из элементарных и, поскольку нам известно, неделимых электрических частиц, или корпускул, каждая из к-рых обладает одинаковым по величине зарядом, равным 4, 77—10—10 абс. ед. или 1, 59—10”19 кулонов. Отрицательные частицы называются электронами, положительные — п ротонам и. Масса протонов (1, 65 • 10“24 гр.) значительно (в 1.845 раз) больше массы электронов (9, 02• 10"28 гр.). Все электромагнитные явления сводятся к движениям электронов и протонов и их взаимодействиям (через посредство возбуждаемого ими и воздействующего на них электромагнитного поля).
Универсальность электромагнитных явлений и возможность получения электрических зарядов при экспериментировании с самыми разнообразными первоначально незаряженными телами давно уже привели к убеждению, что электрические заряды всегда имеются во всех веществах и телах. Нейтральные же (незаряженные) тела представляются таковыми лишь потому, что в них имеются равные количества положительного и отрицательного Э., действия к-рых таким образом взаимно нейтрализуются. Успехи экспериментальной физики в начале 20 века не только подтвердили это убеждение, но, как оказалось, доказали и нечто гораздо большее: атомы всех без исключения тел состоят из элементарных электрических частиц — электронов и протонов и только из них. Впрочем в самое последнее время оказалось необходимым внести в это положение существенные коррективы. В 1932 было открыто (Чадвик) существование нейт ронов — незаряженных частиц с массой, близкой к массе протона. Пока еще не установлено, являются ли нейтроны особым видом элементарных частиц или же (что менее вероятно) состоят из тесно связанных между собой одного протона и одного электрона. Далеев 1932—1933 было открыто (Андерсен, Блаккет) существование т. н. антиэлектронов, или позитронов, — положительно заряженных частиц, масса к-рых повидимому равна массе электрона. Наконец в последнее время становится все более сомнительной правильность недавно еще общепринятого утверждения, что электро-
