ГЛАВА V. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Одним из важных свойств любого тела, от молекулы до планеты, является масса. Все тела, подчиняясь закону всемирного тяготения, притягиваются друг к другу с силой пропорциональной массам этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними, если эти расстояния между этими телами значительно больше размеров тел. (Ясно, что сумма сил действующих со стороны различных частей баранки на шарик, помещенный в её центре будет равна нулю).

рис. 116

... Силы гравитационного притяжения играют большую роль. Мы привыкли к ним и только оказавшись в состоянии невесомости человек ощущает дискомфорт из-за их отсутствия. Они управляют ростом растений и животных, процессами, происходящими в атмосфере и океане. Гравитация определяет строение и развитие Солнечной системы, Галактики и галактик, Вселенной. Массы небесных тел очень велики и силы гравитационного притяжения таких объектов, как планеты, звезды и галактики управляют их движением.

Все живое на Земле находится под действием гравитационной силы нашей планеты. Деревья растут вершиной вверх и никогда наоборот. При отсутствии силы тяжести они теряют ориентацию. У человека и животных в состоянии невесомости изменяются многие жизненные процессы.

Обнаружить силу гравитационного притяжения между телами, масса которых мала по сравнению с массой Земли, трудно, так как гравитационная постоянная очень мала. Кавендишу пришлось создать специальный чувствительный прибор для того, чтобы измерить силу притяжения между шарами массой шаром массой 157 кг и 0,8 кг на расстоянии 0,2 м между их центрами.

Задумаемся над тем, как взаимодействуют молекулы. Какие же свойства молекул определяют их взаимодействие? Они могут притягиваться и отталкиваться. Силы взаимодействия между молекулами меняются при изменении расстояния между ними. Может быть это гравитационное взаимодействие? Но расчеты показывают, что оно слишком мало, ведь масса молекул очень маленькая. Кроме того, при гравитационном взаимодействии тела притягиваются но не могут отталкиваться. Можно предположить наличие каких-либо крючочков и пружинок, но они ведь тоже должны из чего-то состоять. Значит, существуют какие-то виды взаимодействия, зависящие не от массы, а от других свойств тел.

В этой главе мы познакомимся с еще одним важным свойством всех тел - электрическим зарядом. Иногда для краткости это свойство называют просто зарядом. Электрическим его назвали потому, что впервые это свойство было обнаружено у янтаря, греческое название которого - ЭЛЕКТРОН.

Слово «Электричество» имеет то же происхождение. Если бы мы перевели на русский, то получилось бы что-то вроде ЯНТАРИЧЕСТВО.

§43 Электрический заряд. Закон сохранения заряда.

Проделаем опыт. Подвесим к штативу на шелковых нитях два шарика, сделанных из фольги.

рис. 116 117

Мы видим, что нити подвеса параллельны друг другу (а). Это говорит о том, что силы гравитационного взаимодействия между шариками очень малы, по сравнению с силой тяжести.

Коснемся обоих шариков стеклянной палочкой, которую предварительно потерли о кусочек шелка. Мы увидим, что шарики начали отталкиваться друг от друга (б). Коснемся первого из шариков рукой. Нити, на которых подвешены шарики, снова станут параллельны друг другу, т.е. шарики перестанут отталкиваться друг от друга.

Дотронемся до первого шарика эбонитовой палочкой, потертой о кусочек шерсти. Увидим, что теперь шарики стали притягиваться (в).

Из приведенных опытов можно сделать вывод:

кроме гравитационного между телами может существовать другое, более сильное взаимодействие;

оно отличается от гравитационного тем, что тела могут не только притягиваться, но и отталкиваться, либо не взаимодействовать.

Впервые это явление было обнаружено в опытах с янтарем (по-гречески электрон) . Поэтому такое взаимодействие было названо электрическим. А свойство тел, от которого зависит данный тип взаимодействия, называется электрическим зарядом.

В отличие от массы, которая всегда положительна, электрический заряд может быть отрицательным, равным нулю и положительным.

У тел, заряды которых равны нулю, электрическое взаимодействие отсутствует.

Тела с зарядами разного знака – притягиваются, одного знака – отталкиваются.

рис. 117

В нашем опыте от прикосновения стеклянной палочки к шарикам, они приобретали одинаковый по знаку заряд и отталкивались. Эбонитовая палочка сообщала шарику заряд противоположного знака и шарики притягивались.

Принято считать, что стеклянная палочка, потертая о шелк, приобретает положительный заряд. При прикосновении к шарику она передает ему часть своего заряда, и шарик заряжается положительно. Эбонитовая палочка, потертая о шерсть, приобретает отрицательный заряд, касаясь шарика, она заряжает его отрицательно. Таким образом, электрический заряд может передаваться от одного тела к другому.

В замкнутой системе сумма зарядов всех тел остается величиной постоянной при любых изменениях заряда каждого тела. Это означает, что если у одного тела появился заряд, то у окружающих его тел в результате этого процесса должен появиться точно такой же по модулю заряд, но с противоположным знаком.

В нашем опыте стеклянная палочка приобретала положительный заряд, а шелковый лоскут такой же по модулю, но отрицательный. Сумма зарядов палочки и шелка до натирания и после оставалась равной нулю.

рис. 118

При распаде нейтрона, частицы с зарядом, равным нулю, образуется протон, у которого заряд положительный и, одновременно электрон с точно таким же по модулю, но отрицательным зарядом.

рис. 119

Закон сохранения электрического заряда - это третий, после закона сохранения импульса и закона сохранения энергии, фундаментальный закон, с которым вы познакомились.

Если отодвинуть точки подвеса, т.е. увеличить расстояние между шариками, то мы увидим, что взаимодействие шариков уменьшилось ( они отклоняются на меньший угол от вертикали), следовательно, электрическое взаимодействие тел уменьшается при увеличении расстояния между ними.

рис. 120

Электрический заряд обозначается буквой q, измеряется в кулонах (сокра