Kvant. Электричество
Кикоин А.К. Два вида электричества (Из истории физики) //Квант. — 1984. — № 1. — С. 34-36.
По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"
В прошлом году исполнилось 250 лет с того времени, когда впервые стало известно о существовании двух видов электричества. В 1733 году французский физик Шарль Франсуа Дюфе (1698-1739) опубликовал во французском и в английском журналах статьи, в которых описал результаты своих опытов по электризации различных тел.
Стеклянное и смоляное.
Из многочисленных и остроумно поставленных экспериментов Дюфе сделал вывод, что существуют два вида электричества. Одно электричество возникает при натирании копала (ископаемой смолы), янтаря (тоже ископаемой смолы), воска, шелка и многих других веществ. Другое появляется при натирании стекла, горного хрусталя, драгоценных камней, шерсти и др. Поэтому Дюфе назвал первое из них смоляным, а второе стеклянным электричеством. Тело, обладающее любым из двух видов электричества, притягивает к себе легкие тела (именно это свойство еще с античных времен обозначалось словом «электричество»). Различие же состоит, как выяснил Дюфе, в том, что тела, заряженные одним и тем же электричеством (стеклянным или смоляным), отталкивают друг друга, но если одно тело заряжено стеклянным, а другое смоляным электричеством, то они взаимно притягиваются.
Так были установлены фундаментальные для науки об электричестве факты: существование двух видов электричества и существование электрических сил притяжения и отталкивания. Естественно возник вопрос о том, как же появляется у наэлектризованных тел то или иное электричество. В то время об этом можно было только строить догадки.
Флюид Франклина.
Одна такая догадка была высказана в 1750 году американским физиком (а также известным государственным и общественным деятелем, одним из руководителей борьбы американских колоний за независимость) Бенджамином Франклином (1706-1790).
По Франклину в каждом теле содержится особое электрическое вещество (флюид, как тогда говорили), что-то вроде электрической жидкости. Частицы этой электрической жидкости отталкиваются друг от друга, но сильно притягиваются частицами тела, так что всякое тело действует на электрическую жидкость подобно губке, втягивающей в себя воду (частицы электрической жидкости много меньше частиц самого тела, иначе они не могли бы проникать внутрь тела). Но присутствие электрической жидкости в теле не делает его наэлектризованным, если она содержится в теле в некотором, так сказать, нормальном количестве. При натирании же одного тела другим часть электрической жидкости перетекает из одного тела в другое, вот тогда-то оба тела и становятся наэлектризованными. То тело, в которое электрическая жидкость перетекла и в котором поэтому создается ее избыток по сравнению с нормальным количеством, становится обладателем стеклянного электричества. Второе тело, в котором электрической жидкости меньше нормального количества, заряжается смоляным электричеством. Однако Франклин дал этим двум видам электричества другие названия. Стеклянное электричество (им обладают тела с избытком электрической жидкости) Франклин назвал положительным, а смоляное (которым обладают тела с недостатком электрического флюида) — отрицательным. Эти названия, как известно, сохранились до наших дней, впрочем, как и другие термины, введенные в науку об электричестве Франклином: заряд, разряд, конденсатор, батарея, проводник и т. д.
Такое довольно странное толкование дал Франклин известным в его время электрическим явлениям. Странное потому, что оно не могло объяснить самый важный из известных тогда фактов — притяжение легких предметов к наэлектризованным телам.
Электричество и...чулки.
Другое объяснение было предложено в 1759 году англичанином Робертом Симмером. Поводом для этого послужили довольно занятные наблюдения, проведенные им.
Симмер имел обыкновение носить две пары чулок: черные шерстяные для тепла и белые шелковые для красоты. Снимая с ноги сразу оба чулка и выдергивая один из другого, Симмер видел, как оба чулка раздуваются, воспроизводят форму ноги и притягиваются друг к другу. Однако чулки одного цвета, как черные, так и белые, друг от друга отталкиваются. Если держать в одной руке два белых, а в другой два черных чулка, то при сближении рук взаимное отталкивание чулок одного цвета и притяжение разноцветных приводит к забавной возне между ними, чулки противоположных цветов как бы набрасываются друг на друга и сплетаются в один причудливый клубок.
Эти наблюдения и привели Симмера к заключению, что в каждом теле имеется не одна, а две электрические жидкости — положительная и отрицательная, содержащиеся в теле в одинаковых количествах. При натирании двух тел какая-то из них может перейти из одного тела в другое, тогда в одном теле окажется избыток одной из жидкостей, а в другом — ее недостаток. Оба тела станут наэлектризованными противоположными по знаку электричествами (зарядами).
Электрический конфликт.
Так появились два представления об электричестве. Долгое время, почти полтора столетия, ни одна из них не получала всеобщего признания.
Когда в конце XVIII — начале XIX вв. появилась возможность получать и изучать постоянный электрический ток, возник спор о том, что именно «течет» в цепи, содержащей источник тока и проводники. Были сомнения и в том, одинаковы ли электричество, которое получают при натирании тел, и то, что течет в электрической цепи. Последнее получило даже специальное название — гальваническое электричество. Но все же многие считали, что в проводниках электрической цепи текут одновременно два симмеровских электричества, и называли электрический ток... электрическим конфликтом, поскольку эти электричества текут в противоположных направлениях. Так, например, когда в 1820 году X. Эрстед издал брошюру, в которой описывалось открытое им действие тока на магнитную стрелку, он назвал ее так: «Опыты, относящиеся к действию электрического конфликта на магнитную стрелку». Тогда -читателям было понятно это странное для нас название, и брошюра имела успех ввиду фундаментальной важности сделанного открытия.
Прав был Симмер.
Окончательное разрешение старый спор двух теорий — Франклина и Симмера — получил лишь в конце XIX — начале XX вв.
Теперь мы знаем, что победителем в споре надо признать Симмера. «Электрические жидкости Симмера» — это отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные протоны, которые в строго одинаковом числе содержатся в каждом нейтральном теле, в каждом атоме любого вещества.
Но кое-что оказалось верным и в теории Франклина: при натирании тел переходить с одного тела на другое может только один «флюид» — отрицательно заряженные электроны. Однако тело, на которое они переходят, становится отрицательно заряженным, в то время как Франклин считал его заряженным положительно. Это связано с тем, что Франклин счел нужным назвать положительным стеклянное электричество Дюфе. Отсюда, от этого выбора, сделанного Франклином, следует и то, что электрону мы приписываем отрицательный знак заряда, и то, что за направление электрического тока принимается направление движения положительных зарядов, хотя в металлических проводниках фактически движутся отрицательно заряженные частицы, В электролитах и газах электрический ток — это встречное движение и положительных, и отрицательных частиц. Но теперь никто это не считает электрическим конфликтом.
