Эйнштейновская теория относительности - Борн М.
Скачать (прямая ссылка):
Точно такую же картину, как мы сейчас изобразили для случая магнетизма, можно представить себе и в случае электриче- § 5. Фарадеевы силовые линии
167
ства. Диэлектрик с этой точки зрения состоит из молекул, которые либо сами по себе представляют электрические диполи и принимают параллельную ориентацию во внешнем поле, либо становятся диполями вследствие разделения положительного и отрицательного электричества под действием поля. Между двумя пластинами конденсатора (фиг. 89) также формируются цепочки молекул, заряды которых взаимно компенсируют друг друга везде внутри промежутка между пластинами, но не на самих пластинах. Вследствие этого часть собственного заряда пластин
рг?ЭОО€Э€Э|Л1 N
Фиг. 88. Молекулярные магнитные диполи между полюсами магнита.
OO -
OO 0<±3 OO OO OO
00
001 OOl OO OO
Фиг. 89. Электрические диполи в промежутке между пластинами конденсатора направлены вдоль силовых линий.
оказывается нейтрализованной, и для того, чтобы довести пластины до определенного напряжения или разности потенциалов, необходимо сообщить им дополнительный заряд. Это объясняет, как способный поляризоваться диэлектрик увеличивает емкость конденсатора.
Согласно теории действия на расстоянии, диэлектрический эффект имеет косвенный характер. Поле в вакууме представляет собой лишь абстракцию. Оно олицетворяет геометрическое распределение силы, действующей на электрическое пробное тело, несущее единичный заряд. Но поле в диэлектрике представляет собой реальное физическое изменение вещества, заключающееся в молекулярном смещении двух видов электричества.
Фарадеевой теории близкодействия не свойственно подобное различие между полем в эфире и полем в материальном изоляторе. И тот и другой — диэлектрики. Для эфира диэлектрическая 168 Г л. V. Фундаментальные законы электродинамики
постоянная є = 1, для других изоляторов є отличается от 1. Если графическая картина электрического смещения верна для материи, она должна быть верна и для эфира. Эта идея играет огромную роль в теории Максвелла, представляющей собой, по сути дела, перевод фарадеевой идеи силовых линий на точный язык математики. Максвелл предполагает, что в эфире создание электрического или магнитного поля также сопровождается «смещениями» жидкостей. Для этого нет нужды предполагать,
Фиг. 90. Механизм электростатической индукции.
а —два одинаково распределенных, но противоположных заряда в кубическом объеме и
их нейтрализация при наложении, б —смещение двух одинаковых распределений противоположных зарядов на малое расстояние а, создающее два тонких противоположно заряженных слоя на соответствующих
поверхностях куба f.
что эфир имеет атомистическую структуру, но все же идея Максвелла вырисовывается наиболее отчетливо, если вообразить молекулы эфира, которые в поле становятся диполями точно так же, как молекулы вещества. Однако не поле является причиной поляризации, а, наоборот, смещение есть суть того состояния напряженности, которое мы называем электрическим полем. Цепочки молекул эфира образуют силовые линии, и заряды на поверхности проводников представляют собой не более чем конечные заряды этих цепочек. Если, кроме частиц эфира, в пространстве между проводниками присутствуют молекулы вещества, то поляризация усиливается и заряды на концах становятся больше.
Обсудим эти идеи более подробно. Мы только что объяснили, как намагничивание и электризацию можно иллюстрировать с помощью цепочек дипольных молекул (фиг. 88, 89). Од- § 5. Фарадеевы силовые линии
169
нако идея о молекулах эфира не имеет эмпирического обоснования. Поэтому предпочтительно представлять ситуацию с помощью континуальной модели. Представим себе прямоугольный брусок пространства, заполненный непрерывным положительным зарядом с плотностью р, а затем ту же самую часть пространства, заполненную отрицательным зарядом с плотностью —р. Если в пространстве присутствуют оба вида зарядов, то оно окажется незаряженным (фиг. 90,а). Возникновение электрического поля E представляет собой, согласно Фарадею и
Ф
Фиг. 91. Точечный заряд е создает поле Е, направленное по радиусу и имеющее одно и то же значение во всех точках на каждой концентрической сфере.
Максвеллу, не более чем смещение этих двух брусков заряда относительно Друг друга (фиг. 90,6) на малое расстояние а. Вся внутренняя часть остается незаряженной, хотя в каждой точке существует некоторый сдвиг зарядов, и лишь на двух противоположных торцах появляются противоположные и равновеликие заряды, ибо если f — площадь торца, то мы имеем два прямоугольных листа объемом fa, каждый из которых содержит заряд лишь одного вида. Поскольку а мало, можно говорить о поверхностных зарядах рfa и —рfa. Поверхностный заряд, возникающий на единичной поверхности вследствие сдвига а, равен ра; он характеризует меру электрического смещения D. Однако нельзя просто приравнять эти две величины: необходимо добавить некоторый численный множитель по следующей причине. Рассмотрим точечный заряд е в диэлектрике (фиг. 91). Закон силы (55) требует, чтобы поле Е, создаваемое этим зарядом,
