Трактат об электричестве и магнетизме

Максвелл Джеймс Клерк

Если бы эта область заряженного воздуха оставалась неподвижной, то наэлектризованное тело сохраняло бы свой заряд, если не на самом себе, то, по крайней мере, в своей окрестности. Однако заряженные частицы воздуха, которым ничто не мешает перемещаться под действием электрической силы, стремятся удалиться от заряженного тела, поскольку оно заряжено электричеством того же рода. Поэтому заряженные частицы стремятся удалиться по направлению силовых линий и приблизиться к тем окружающим телам, которые имеют противоположную электризацию. На место ушедших частиц в область вблизи острия приходят другие, незаряженные частицы. Они уже не защищают частиц у самого острия от чрезмерного электрического натяжения, так что имеет место новый разряд, после чего

вновь образовавшиеся заряженные частицы уходят от острия, и так до тех пор, пока тело остаётся заряженным.

Таким образом, получается следующее явление: на острие и вблизи него наблюдается постоянное свечение, вызываемое постоянным разрядом между остриём и окружающем его воздухом.

Заряженные частицы воздуха стремятся удаляться в одном и том же направлении, вызывая тем самым течение воздуха от острия, состоящее из заряженных частиц, возможно, увлекающих собою незаряженные. Искусственно способствуя этому течению, мы можем увеличить свечение, а воспрепятствовав образованию течения, можем прервать свечение ⁶.

⁶ См. Priestley, «History of Electricity», p. 117 and 591 и Cavendish, «Electrical Researches», Phil. Trans., 1771, § 4 или Art. 125 в «Electrical Researches of the Honourabte Henry Cavendish».

Электрический ветер вблизи острия бывает иногда весьма сильным, однако скорость его быстро падает, и воздух вместе с заряженными частицами переносится дальше общим движением атмосферы, образуя невидимое электрическое облако. Когда заряженные частицы приближаются к какой-либо проводящей поверхности, например к стенке, они наводят на этой поверхности заряд противоположного знака и притягиваются к стенке, но поскольку электродвижущая сила очень мала, они могут длительное время оставаться вблизи стенки, не притягиваясь к ней и не разряжаясь.

Таким образом, они образуют электрическую атмосферу вокруг проводника, наличие которой иногда обнаруживается электрометрами. Однако силы взаимодействия больших масс заряженного воздуха друг с другом и с другими телами чрезвычайно малы по сравнению с обычными силами, вызывающими ветер, зависящими от неодинаковости плотности, обусловленной разностью температур. Поэтому совершенно невероятно, чтобы электрическое взаимодействие вносило заметный вклад в движение обычных грозовых облаков.

Перемещение электричества из одного места в другое за счёт движения заряженных частиц называется Электрической Конвекцией или Конвективным Разрядом.

Таким образом, электрическое свечение вызывается постоянным прохождением электричества по воздуху в небольшой области, где натяжение столь велико, что окружающие частицы воздуха заряжаются и непрерывно увлекаются электрическим ветром, являющимся существенной стороной явления.

Свечение легче образуется в разреженном воздухе, чем в плотном, и легче при положительном заряде острия, чем при отрицательном. Это одно из многих отличий положительного электричества от отрицательного, изучение которых необходимо для выявления природы электричества. Однако ни одна из существующих теорий это отличие не учитывает.

Электрическая Щётка

56. Электрическая Щётка - это явление, получающееся при электризации затупленного острия или небольшого шарика, когда возникает электрическое поле, натяжение которого уменьшается с расстоянием, но не так быстро, как вблизи острия. Явление состоит в последовательности разрядов, разветвляющихся по мере удаления от шарика и заканчивающихся либо в заряженных областях воздуха, либо на других проводниках. Оно сопровождается звуком, тон которого зависит от интервала между последовательными разрядами. В отличие от случая свечения, никакого потока воздуха не наблюдается.

Электрическая искра

57. Если натяжение в пространстве между двумя проводниками значительно на всем пути между ними, как, например, в случае двух шаров, расстояние между которыми не велико по сравнению с их радиусами, то разряд, если он реализуется, обычно принимает форму искры, при которой почти весь заряд переносится одновременно.

В этом случае, если какая-либо часть диэлектрика не выдержала, то участки, прилегающие к ней по обе стороны в направлении электрической силы, оказываются в состоянии большего натяжения и также не выдерживают, и, таким образом, разряд происходит прямо по диэлектрику, подобна тому как лист бумаги, надорванный с краю, начинает рваться под действием натяжения сначала в месте надрыва, а затем случайным образом по тем местам, где бумага слабее. Точно так же электрическая искра начинается в том месте, где электрическое натяжение впервые преодолеет изоляцию диэлектрика, а затем расходится от этого места на вид весьма нерегулярным образом, проходя по другим слабым местам, например по частицам пыли, взвешенной в воздухе.

Все эти явления существенно различны в разных газах и даже в одном газе при разных давлениях. Некоторые виды электрического разряда в разреженных газах особенно замечательны. В некоторых случаях наблюдается регулярное чередование светящихся и тёмных слоёв, так что, например, при прохождении электричества вдоль трубки, заполненной сильно разреженным газом, видно несколько светящихся дисков, перпендикулярных оси трубки, расположенных через почти одинаковые интервалы вдоль оси и разделённых тёмными слоями. С увеличением силы тока появляются дополнительные диски и все диски располагаются теснее. В трубке, описанной г-ном Гассио (Gassiot) ⁷, свечение дисков носит голубоватый оттенок на отрицательной стороне, красноватый - на положительной и ярко-красный - в центре.

⁷Intellectual Observer, March, 1866.

Эти и многие другие явления электрического разряда чрезвычайно важны. Их лучшее понимание, возможно, прольёт свет как на природу электричества, так и на природу газов и среды, заполняющей пространство. В настоящий момент, однако, они находятся за пределами математической теории электричества.

Электрические явления в турмалине

58. Некоторые кристаллы турмалина и других минералов обладают свойством, которое можно назвать Электрической Полярностью. Пусть кристалл турмалина находится при постоянной температуре и не обладает никакой видимой электризацией на поверхности. Повысим теперь температуру кристалла, не нарушая его изоляции. При этом один край кристалла зарядится положительно, а другой - отрицательно. Снимем с поверхности эту видимую электризацию, например, с помощью пламени или иным способом. Если после этого нагреть кристалл ещё больше, то на нём появится электризация того же знака, что и раньше, а если его охладить, то край, бывший при нагреве положительным, станет отрицательным.

Такая электризация наблюдается на концах кристаллографической оси. Некоторые кристаллы заканчиваются шестигранной пирамидой с одного конца и трехгранной - с другого. В таких кристаллах край с шестигранной пирамидой заряжается положительно, а с трехгранной - отрицательно.

Сэр У. Томсон предполагает, что каждый участок такого гемиэдрального кристалла и подобных ему имеет определённую электрическую полярность, величина которой зависит от температуры. Находясь в пламени, каждый участок поверхности электризуется ровно настолько, чтобы точно нейтрализовать во всех внешних точках влияние внутренней полярности. Кристал не будет при этом оказывать никакого внешнего электрического воздействия и не будет стремиться изменить своё состояние электризации. Но при нагреве или охлаждении внутренняя поляризация каждой частицы кристалла меняется и уже не может быть уравновешена поверхностной электризацией, так что возникает результирующее внешнее воздействие.