Главная > Разное > Основы теории электричества
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

ВВЕДЕНИЕ

Согласно современным воззрениям атомы всех тел построены из электрически заряженных частиц — сравнительно легких электронов, заряженных отрицательно, и сравнительно тяжелых атомных ядер, заряженных положительно. Нейтральные в электрическом отношении тела кажутся нам таковыми только потому, что отрицательный заряд входящих в их состав электронов равен положительному заряду входящих в их состав атомных ядер, так что влияние противоположных зарядов взаимно нейтрализуется (по крайней мере на расстояниях, достаточно больших по сравнению с расстоянием между отдельными электрическими частицами, входящими в состав нейтрального тела). Перераспределение электрических зарядов и, в частности, электрический ток обусловливается перемещением электрических частиц и притом большей частью электронов, а не атомных ядер, ибо в состав атомов химических элементов всегда входит некоторое число «внешних» электронов, сравнительно слабо связанных с массивным центральным атомным ядром и сравнительно легко от него отщепляющихся.

Отрицательный заряд электрона равен абсолютных электростатических единиц электричества (или кулонов), положительные же заряды атомных ядер по абсолютной величине равны целым кратным этого так называемого элементарного заряда, являющегося неделимым атомом электричества. Заряды различных атомных ядер варьируются от одного (водород) до девяноста двух (уран) элементарных зарядовх). Самым легким атомным ядром является ядро водорода, носящее название протона; масса протона примерно в 2000 раз больше массы электрона Геометрические размеры как атомных ядер, так и электронов настолько малы по сравнению со средними расстояниями между этими частицами в атомах и молекулах, что при рассмотрении громадного большинства физических и химических явлений как атомные ядра, так и электроны можно считать материальными точками, характеризуемыми определенным электрическим зарядом и определенной массой. Вопрос же о том, как построены атомные ядра из более

элементарных частиц (протонов и нейтронов), имеет значение только для сравнительно ограниченного круга физических явлений, относящегося к области ядерной физики, которую мы рассматривать не будем. Только для этой области явлений имеют значение и так называемые ядерные силы, которыми определяется взаимодействие частиц (протонов и нейтронов), входящих в состав атомных ядер.

Исходя из указанных представлений современная физика ставит своей задачей определить электрическую структуру всех встречающихся в природе веществ (число, расположение и характер движения входящих в состав их электрических частиц) и вывести законы физических и химических явлений из основных законов взаимодействия электрических зарядов и законов их движения (которые в микромире носят квантовый характер). Единственное исключение нужно сделать для тех явлений, для которых имеют существенное значение силы тяготения и силы ядерные, ибо только эти силы не сводятся к взаимодействию электрических зарядов.

Первым шагом на пути к разрешению указанной задачи должно быть выяснение законов взаимодействия электрических зарядов, законов электромагнитного поля. Громадное большинство применяемых на практике способов наблюдения и измерения слишком грубы для того, чтобы с их помощью можно было обнаружить существование отдельных частиц электричества. Наименьшие электрические заряды, доступные наблюдению с помощью этих способов, содержат в себе многие миллионы и миллиарды частиц электричества, отделенных друг от друга ничтожными расстояниями. При таком суммарном или макроскопическом изучении электрических явлений в масштабе, доступном непосредственному наблюдению, мы можем, не внося сколько-нибудь существенной ошибки в результаты рассуждений, вовсе не учитывать атомистического строения электричества и пользоваться представлением о непрерывно протяженных электрических зарядах; иными словами, мы можем считать, что электрические заряды сплошным, непрерывным образом заполняют заряженные участки материальных тел (так называемые «объемные заряды»). Упрощая таким образом нашу задачу, мы лишь следуем примеру механики. Ввиду того что изучение механики весомых тел при учете атомистической структуры вещества связано со значительными математическими трудностями, теория упругости, гидродинамика и аэродинамика оперируют с идеализированным представлением о непрерывно протяженных материальных телах. В известных, и притом довольно широких, пределах подобная замена вполне законна, и результаты,

полученные при рассмотрении непрерывных сред, оказываются применимыми к реальным телам прерывного строения.

Следуя историческому ходу развития электродинамики, мы начнем с изложения макроскопической теории электромагнитных явлений, основанной на представлении о непрерывном распределении электрических зарядов. По накоплении известного количества сведений мы перейдем к параллельному изложению основных представлений микроскопической теории, основанной на учете атомистического строения электричества (так называемая «электронная теория»), и покажем, что приближенные макроскопические законы суммарных явлений вытекают из более точных микроскопических законов явлений элементарных. При этом, однако, нужно иметь в виду, что сколько-нибудь полное и строгое изложение микроскопической теории неизбежно должно базироваться на квантовой теории в ее современной форме. Ввиду того, что мы не можем предполагать у читателя основательного знакомства с квантовой механикой, мы вынуждены будем в основном ограничиться изложением только тех вопросов микроскопической теории, которые с достаточной степенью точности могут быть рассмотрены в рамках классической (доквантовой) физики.

В главе VII мы вновь ограничимся рассмотрением макроскопической теории поля с тем, чтобы на основе полученных результатов сформулировать полную систему основных положений этой теории (формулировка существенной их части содержится в так называемых уравнениях Максвелла). Эта система основных положений, или «постулатов», играет в электродинамике такую же роль, какую в классической механике играют «аксиомы» Ньютона. В частности, справедливость этих основных постулатов макроскопической электродинамики (как и справедливость аксиом Ньютона) может быть наиболее убедительным образом обоснована не индуктивным методом (на который только и можно опираться при отыскании основных закономерностей, но который, однако, не может дать совершенно строгого доказательства их справедливости), а согласием с опытом всей совокупности следствий, вытекающих из теории и охватывающих все закономерности макроскопического электромагнитного поля. В главе VII мы рассмотрим некоторые из этих следствий, относящихся, в частности, к электромагнитным волнам.

Наконец, в главе VIII мы рассмотрим электромагнитные явления в движущихся средах, ограничившись случаем, когда скорость этих сред мала по сравнению со скоростью света.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление