Содержание

Главная >> Электродинамика. Физика 10-11 кл. Мякишев

Глава 1. Электростатика

§ 1.8. 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 А (рис. 1.19), 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 взаимодействия 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 распространяются в пространстве с конечной скоростью.

Это означает, что если слегка передвинуть заряд А (см. рис. 1.19), то сила, действующая на заряд В, изменится, но не в то же мгновение, а лишь спустя некоторое время:

где АВ — расстояние между зарядами, ас — 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 t. Значит, действительно между зарядами в вакууме происходит некоторый процесс, в результате которого взаимодействие между ними распространяется с конечной скоростью*.

* О том, что это за процесс, будет рассказано в дальнейшем.

Существование 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 (1.8.1) при перемещении зарядов трудно осуществить из-за большого значения скорости с. Но в этом сейчас, после изобретения радио, нет необходимости.

Радиоволны

Радиосвязь — это связь посредством электромагнитных взаимодействий, так как радиоволна — это электромагнитная волна. Сейчас вы можете просто 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, пока не поглотятся телами. Таким образом, электромагнитное поле обнаруживает себя как нечто существующее столь же реально, как и стол, за которым вы сидите.

Отмахнуться от представлений о поле как о чем-то сложном и неопределенном, запутывающем простые вещи, как думали сторонники действия на расстоянии, уже нельзя.

Идея о том, что тело может действовать там, где его нет, была опровергнута экспериментально, хотя одно время казалось, что само развитие науки требует ее признания*.

* Согласно современным представлениям, гравитационные взаимодействия также осуществляются с помощью особого поля, называемого гравитационным или полем тяготения. Гравитационное поле создается телами и проявляется по действию на тела. Распространяться гравитационные взаимодействия также должны со скоростью 300 000 км/с. Однако экспериментально это пока не доказано.

Окончание параграфа >>>