Трактат об электричестве и магнетизме

Максвелл Джеймс Клерк

Заряды на противоположных сторонах диэлектрика остаются изолированными, но отвечающая им разность потенциалов уменьшается.

Действительно, за время прохождения жидкости через Q разность давлений по обе стороны от поршня падает с 4a до 2a.

Если мы теперь закроем запорный кран Q и дадим возможность поршню P свободно двигаться, он придёт к равновесию в точке P₂, и разряд, очевидно, будет равен половине заряда.

Уровень ртути в A и B будет выше первоначального уровня на a/2, в то время как уровень в трубках C и D будет на a/2 ниже первоначального. Эти уровни изображены отметками A₂, B₂, C₂, D₂.

Если

теперь закрепить поршень и открыть кран, ртуть будет перетекать из B в C до тех пор, пока уровень в этих двух трубках не придёт снова к отметкам B₀ и C₀. Тогда разность давлений по обе стороны от поршня P будет равна a. Если теперь закрыть запорный кран и освободить поршень P, он опять придёт к равновесию в некоторой точке P₃ находящейся на полпути между точками P₂ и P₀. Это соответствует остаточному заряду, который наблюдается, когда заряженный диэлектрик сперва разряжается, а потом предоставляется самому себе. Он постепенно восстанавливает часть своего заряда, и если его потом опять разрядить, образуется третий заряд, причём эти последовательные заряды убывают по величине. В случае рассматриваемого иллюстративного эксперимента каждый заряд равен половине предыдущего, а разряды, которые равны 1/2, 1/4 и т. д. от первоначального заряда, образуют ряд, сумма которого равна первоначальному заряду.

Если бы вместо открывания и закрывания крана мы бы в течение всего эксперимента держали кран почти, но не совсем закрытым, мы бы получили случай, напоминающий случай электризации некоторого диэлектрика, который является совершенным изолятором и, кроме того, обнаруживает явление, называемое «электрическим поглощением».

Чтобы представить случай, в котором имеется истинное прохождение тока, мы должны либо сделать так, чтобы поршень пропускал жидкость, либо установить соединение между верхней частью трубки A и верхней частью трубки D.

Таким способом мы можем построить механическую иллюстрацию свойств диэлектрика любого вида, причём два вида электричества представлены двумя настоящими жидкостями, а электрический потенциал представлен давлением жидкости. Заряд и разряд представлены движением поршня P, а электродвижущая сила - равнодействующей сил, действующих на поршень.

ГЛАВА XI

ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

335. При нынешнем состоянии науки об электричестве определение электрического сопротивления проводника можно рассматривать как основную операцию в электричестве в том же смысле, в каком определение веса является основной операцией в химии.

Причина этого заключается в том, что определение абсолютного значения других электрических величин, таких, как количество электричества, электродвижущие силы, токи и т. д., требует в каждом случае выполнения сложного ряда операций, в том числе, в общем случае, наблюдения времени, измерения расстояний, а также определения моментов инерции, и эти операции, по крайней мере некоторые из них, должны повторяться для каждого нового определения, потому что невозможно сохранить в неизменном состоянии единицу электричества, или электродвижущей силы, или тока так, чтобы эти количества были пригодны для прямого сравнения.

Но если один раз определено электрическое сопротивление проводника, имеющего подходящую форму и сделанного из должным образом выбранного материала, то, как установлено, эта величина всегда остаётся той же самой для той же самой температуры, так что этот проводник может быть использован как стандарт сопротивления, с которым можно сравнивать сопротивление других проводников, а сравнение двух сопротивлений - это такая операция, которая может быть проведена с исключительной точностью.

После того как установлена единица электрического сопротивления, изготовляются вещественные копии этой единицы в виде «Катушек Сопротивления» для использования их исследователями электричества и, таким образом, в любой части света электрические сопротивления могут быть выражены через одну и ту же единицу. Эти катушки с единичным сопротивлением в настоящее время представляют собой единственный пример вещественных электрических стандартов, которые могут быть сохранены, воспроизведены и использованы с целью измерения. Меры электрической ёмкости, которые также имеют большое значение, до сих пор ещё несовершенны из-за возмущающего действия электрической абсорбции.

336. Единица электрического сопротивления может быть совершенно произвольной, как в случае Эталона Якоби, который представлял собой определённый медный провод весом 22,4932 грамма, длиной 7,61975 метра и диаметром 0,667 миллиметра. Копии этого эталона изготовлялись Лейзером (Leyser) в Лейпциге, и их можно найти в разных местах.

В соответствии с другим методом единица сопротивления может быть определена как сопротивление образца, сделанного из определённого вещества и имеющего определённые размеры. Так, единица Сименса определяется как сопротивление столба ртути длиною в один метр и поперечным сечением в один квадратный миллиметр при температуре 0 °С.

337. Наконец, эта единица может быть определена в электростатической или в электромагнитной системе единиц. На практике во всех телеграфных операциях используется электромагнитная система, и потому единственные единицы, которые действительно употребляются,- это единицы этой системы.

В электромагнитной системе, как мы это покажем в своём месте, сопротивление есть величина, имеющая размерность скорости и поэтому может быть выражено как скорость (см. п. 628).

338. Первые фактические измерения в этой системе были проведены Вебером, который использовал в качестве своей единицы один миллиметр в секунду. Позднее, сэр У. Томсон использовал в качестве единицы один фут в секунду, однако большое число исследователей электричества согласились использовать единицу Британской Ассоциации (В. А.). Эта единица представляет такое сопротивление, которое, будучи выражено как скорость, равно десяти миллионам метров в секунду. Величина этой единицы более удобна, чем величина единицы Вебера, которая слишком мала. Иногда эту единицу называют единицей В. А., но, для того чтобы связать её с именем того, кто открыл законы сопротивления, эта единица называется Ом.

339. Чтобы запомнить её абсолютную величину, полезно знать, что десять миллионов метров по определению представляют собой расстояние от полюса до экватора, измеренное вдоль парижского меридиана. Таким образом, тело, проходящее за одну секунду путь вдоль меридиана от полюса до экватора, имело бы скорость, величина которой, по определению, равна величине одного Ома в электромагнитной системе.

Я говорю «по определению» потому, что если бы более точные исследования показали, что вещественный стандарт одного Ома, созданный Британской Ассоциацией, по своей величине отличается от этого значения скорости, то исследователи электричества не стали бы менять свои стандарты, а внесли бы поправку. Точно так же, метр, по определению, равен одной десятимиллионной доле определённой дуги в четверть окружности, но, хотя было найдено, что это не совсем верно, длина метра не была изменена, зато размеры Земли выражаются менее простым числом.

В соответствии с методом Британской Ассоциации абсолютное значение величины первоначально подбирается так, чтобы представлять как можно точнее величину, выведенную из электромагнитной абсолютной системы.

340. Если создана вещественная единица, представляющая эту абстрактную величину, другие стандарты создаются путём копирования этой единицы. Этот процесс может быть выполнен с крайней точностью - во много раз большей точностью, чем, например, изготовление линейки длиною в один фут путём копирования стандартного фута.