Покоренный электрон

Ученые, повторившие этот опыт, дали ему такое объяснение: серный шар имеет некоторый запас электричества. Перышко, притянувшись к шару, заимствует часть его электричества, электризуется и отталкивается от шара. Опустившись на землю, перо отдает земле захваченную им порцию электричества и снова приобретает способность притягиваться к шару.

Коснувшись серного шара, перышко захватывает новую порцию электричества, какая только может поместиться на перышке, и опять несет его на землю. Так, подобно носильщику, перышко перетаскивает электричество от серного шара в землю.

Из этого опыта родилось представление об электрическом заряде как о порции электричества, которая может поместиться на том или ином предмете. На крупном предмете, вроде серного шара, заряд большой, а на крохотной пушинке — маленький.

После было установлено, что заряд, полученный от трения на стекле или на сере, не может сам по себе передвигаться но их поверхности; он долго сохраняется в тех местах, где возник. Нужно коснуться такого места, чтобы частично снять заряд.

Далее выяснилось, что те предметы, которые не удавалось наэлектризовать трением, когда держали их в руке, прекрасно электризуются, если их поместить на подставку из вещества, легко заряжающегося трением.

При этом оказалось, что заряд растекается по всей поверхности таких предметов, а не связан с тем местом, которое подверглось натиранию. Эти вещества были названы проводниками заряда. Стало понятно, почему сначала заряды на них не были замечены, — они просто стекали на другие предметы.

Вещества, по которым заряды не могли перемещаться, тогда были названы изоляторами. Они позволяли уединить, задержать заряд, возникающий на проводнике, не давали ему растекаться по окружающим предметам.

Два рода зарядов

Во время одного опыта с Герике случилось маленькое, но забавное происшествие. Пушинка, оттолкнувшись от наэлектризованного серного шара, стремительно полетела в сторону и притянулась к кончику носа ученого. Это показало, что при трении руки о серный шар наэлектризовался не только шар, но и человек. Он тоже стал притягивать пылинки и пушинки.

Ученые наблюдали часто притяжение наэлектризованных предметов к ненаэлектризованным. Пушинка, получив электрический заряд, обязательно оседала на каком-либо предмете, не имевшем заряда.

Такие опыты показали, что электрические заряды отталкиваются друг от друга, а притяжение возникает лишь между телами, из которых одно несет электрический заряд, а другое его не имеет. Два предмета — наэлектризованный и ненаэлектризованный, притянувшись друг к другу, как бы делят заряд между собой и затем отталкиваются.

Таковы были сведения об электрическом заряде, накопленные наукой к середине XVIII столетия.

Первым прибором, позволившим измерить электрические заряды, был электрометр, построенный русским академиком Г. В. Рихманом — другом М. В. Ломоносова.

Электрометр Рихмана состоял из вертикальной изолированной смолой или стеклом металлической линейки и привязанной к ее верхнему концу нитки. Когда линейке сообщали электрический заряд, он растекался также и по нитке. Заряды, скопившиеся на линейке и на нитке, заставляли нитку отталкиваться от линейки. Нитка отклонялась в сторону тем круче, чем больший заряд она получала. Измеряя угол между линейкой и ниткой, Рихман судил о величине заряда (рис. 4).

Рис. 4. Электрометры Рихмана.

Последующие исследователи заметили еще одну важную особенность электрических зарядов.

Французский физик Дюфе изготовил для своих опытов прибор с двумя нитками вместо одной.

Сквозь пробку стеклянной банки он пропустил металлический стержень.

Верхний конец стержня был увенчан металлическим шариком, а с нижнего свешивались две тончайших длинных полоски из сусального золота или две ниточки, не доходившие до дна. Когда металлическому стерженьку сообщали электрический заряд, ниточки отталкивались друг от друга, сигнализируя о присутствии заряда. Такой прибор назвали электроскопом (рис. 5).

Рис. 5. Электроскоп.

Дюфе натер кожей стеклянную палочку и приложил ее к шарику электроскопа. Тотчас же ниточки растопырились. Затем исследователь, натер сукном сургучную палочку. Она, разумеется, тоже наэлектризовалась и стала притягивать к себе соринки. Но когда Дюфе поднес наэлектризованный сургуч к электроскопу, уже получившему заряд от стеклянной палочки, произошло нечто странное. Ниточки электроскопа, приобретя дополнительный заряд от сургуча, не разошлись в стороны еще круче, как этого можно было ожидать, а наоборот — сблизились. Они показали, что заряд исчез! Тогда Дюфе натер сукном сургуч и поднес его к электроскопу — ниточки разошлись. Затем наэлектризовал стеклянную палочку и коснулся ею шарика электроскопа. Опять ниточки, потеряв заряд, повисли.

Дюфе ставил опыт за опытом. Два бузинных шарика, подвешенные на шелковинках и получившие заряды от стеклянной палочки, отталкивались друг от друга. Точно так же вели себя шарики, заряженные от сургучной палочки. Но когда Дюфе зарядил один шарик электричеством стеклянной палочки, а другой — сургучной, то они не отталкивались, а начинали притягиваться.

Дюфе решил, что существуют два совершенно противоположных по своим свойствам электричества — «стеклянное» и «смоляное». Однородные электрические заряды отталкиваются, разнородные — притягиваются. Придя в соприкосновение, говорил Дюфе, разнородные заряды исчезают.

Другие исследователи, производившие эти же опыты, заметили, что когда натирают сукном сургуч (или кожей стекло), то электризуются сразу оба предмета — и сукно и сургуч, но заряды получаются на них хотя и одинаковые по величине, но разных «сортов», на сукне — «стеклянные», а на сургуче — «смоляные».

Ученые возражают

Не все физики согласились с предположением Дюфе. Особенно резко возражал против его гипотезы гениальный русский ученый М. В. Ломоносов. Как это может быть, спрашивал Ломоносов, чтобы что-то превращалось в ничто? Было порознь два электрических заряда, а как только они сошлись вместе — исчезли оба!

Гипотеза Дюфе противоречила одному из величайших и основных законов природы — закону сохранения материи и движения, который был установлен и доказан Ломоносовым:

«Все перемены в Натуре случающиеся такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько же присовокупится другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте; сколько часов положит кто на бдение, столько же сну отнимет. Сей всеобщей естественной закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущее своей силой другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».

Что-либо не может превратиться в ничто, из ничего нельзя сделать что-то. Материя и движение неразрывны, вечны, они только изменяют форму, но ни при каких условиях не исчезают.

Современник М. В. Ломоносова В. Франклин выдвинул против Дюфе такие доводы: почему эти два сорта электричества всегда одинаковы по количеству? Почему они всегда появляются одновременно и никогда порознь? Не есть ли это то же самое, что предмет и его тень? А мы, не зная, где предмет и где его тень, считаем тень другим предметом!

Электричество — одно, оно распространено всюду, содержится во всех без исключения телах, но не проявляет себя, так как его везде поровну. Когда мы натираем кожей стекло, или сукном сургуч, то никакого особого «стеклянного» или «смоляного» электричества не возникает. При трении происходит только перераспределение зарядов: на одном из соприкасающихся при трении тел образуется избыток электричества, на другом — недостаток.

И когда наэлектризованные сургуч и стекло соприкасаются, избыток встречается с недостатком и заряды не исчезают, а лишь уравновешиваются или, как обычно говорят, нейтрализуются, действие их перестает чем-либо проявляться.