Электризация тел

Какое бы впечатление не производила на нас молния, более убедительные свидетельства существования электричества мы получаем в наши дни от работы электрических приборов и машин. Нагрев утюга, свет электрической лампы, голос радиоприемника, светящийся экран телевизора и многое другое и в быту и за пределами его — все связано с электричеством, все порождено им. И тем не менее сначала обратимся к осмыслению тех невзрачных проявлений движения электронов, с которых начинается изучение электричества школьниками.

Известно, что при трении предметов из некоторых материалов они электризуются; такой процесс происходит при трении стекла о шелк, янтаря или эбонита о шерсть, даже одной ткани по другой. Каков механизм электризации?

Мы уже не раз сравнивали электроны с пылью, воспользуемся этим сравнением и сейчас. При трении электроны буквально механически удаляются с одной поверхности и осаждаются на другой, как стирается, например, пыль мокрой тряпкой с мебели. Казалось бы, пыль должна одинаково распределяться между тряпкой и полированной поверхностью мебели, но нет: она вся осаждается на тряпке и полностью (почти полностью) удаляется с мебели; сказываются разные способности тряпки и полированной поверхности адсорбировать, то есть воспринимать, пыль.

То же самое происходит с электронами: они легко стираются шелком со стекла, янтарем с шерсти, одной тканью с другой и так далее. Но есть и такие материалы, и их большинство, которые адсорбируют электроны одинаково: как бы мы не терли друг о друга предметы из этих материалов электризация не обнаруживается.

В общем случае электризация выражается либо в избытке электронов, либо в их недостатке (и избыток и недостаток определяются относительно нормального “атмосферного” потенциала), и она свойственна как для проводников (металлов), так и для диэлектриков; но формы ее выражения во всех случаях — разные. В металлах и дефицит и излишек электронов рассредоточиваются по всему телу, а в диэлектриках этого не происходит; выше об этом мы уже говорили.

Каждый в отдельности атом (или молекула) диэлектрика способен удержать в независимости от своих соседей как излишек электронов, так и их недостаток; и этому способствуют, в частности, присасывающиеся воронки петель атомов; получается как бы точечная электризация. И такое свое состояние атом может удерживать некоторое время, пока в результате естественной миграции электронов их потенциал на атоме не выровняется с окружающим.

Говорилось уже и о том, что облепленные электронами присасывающие участки атомов нейтрализуются, а оголенные, наоборот, усиливают свои присасывающие способности. И поэтому уместно сравнение электронов с пылью: облепленные пылью куски сырой глины, как известно, не склеиваются.

Все эти особенности электризации очень удачно используются в светокопировальной технике типа ксерокс. С покрытой особым материалом (чаще всего — селеном) поверхности пластины удаляют электроны и оголяют тем самым все поверхностные атомы. Затем на пластину проецируют изображение; под действием света атомы снова насыщаются электронами, но там, где свет не попал, дефицит электронов сохраняется. После этого на пластину наносят порошок красителя; и там, где на пластине сохранились оголенные атомы, порошок прилипает. Пластину с прилипшим красителем прижимают к бумаге, и краситель переходит на нее; так получают копии изображений.

В качестве другого примера можно рассмотреть использование явлений электризации и слипания молекул в живой мышце. Ткань мышцы состоит из перемежающихся молекул актина и миозина, причем молекула миозина имеет полукруглую головку, упирающуюся в актин. Все пространство между молекулами заполнено жидкостью с избытком электронов; электроны облепливают молекулы миозина и актина и нейтрализуют их способность слипаться; мышца расслаблена. Сигнал на сокращение подается в виде порции кальцинированной жидкости с дефицитом электронов. Скатываясь по миозину и попадая на актин, эта жидкость отбирает у обоих молекул электроны, оголяя тем самым их присасывающие участки. В результате начинается слипание молекул; оно выражается в том, что головка миозина обкатывается по актину; при этом происходит частичное укорачивание мышцы. Если порции управляющей жидкости будут повторяться, то сокращение мышцы продолжится. Но как только поступление этой жидкости прекратится, начнется обратный процесс: избыточные электроны среды, проникая между головкой миозина и молекулой актина, будут заполнять их присасывающие участки, нейтрализуя их способность слипаться; мышца снова расслабится.

Можно предположить, что такой процесс разделения атомов и молекул под воздействием проникающих в присасывающие места электронов лежит в основе растворения веществ: электроны растворителя, имея возможность свободно перемещаться вместе со своим молекулами и подходить как угодно близко и с разных сторон к молекулам растворимых веществ, ослабляют их связи настолько, что они распадаются, то есть диссоциируют.

Наэлектризованность тел обнаруживается обычно визуально: тела либо притягиваются, либо отталкиваются; у тяжелых предметов эти явления не столь очевидны, но у легких — бросаются в глаза. Потертая о сухие волосы пластмассовая расческа притягивает к себе листочки бумаги, наэлектризованные легкие ткани слипаются, или наоборот, расходятся; таких примеров можно привести множество.

“Притяжение” и “отталкивание” наэлектризованных тел.

Перейдем к следующему вопросу: каков механизм притягивания и отталкивания наэлектризованных тел? Вопрос интересен в том смысле, что эфирная теория отвергает и притяжение, и наличие электрических зарядов, а без них взаимовлияние наэлектризованных тел как бы становится необъяснимым.

Основой всех механических перемещений притягивающихся или отталкивающихся наэлектризованных тел является различная эфирная плотность, возникающая в результате движения электронов: чем больше эти движения, тем меньше плотность эфира и, наоборот, чем меньше движения, тем она больше. Изменение плотности порождает изменение давления эфира, а разность давлений приводит к появлению силы. О связи движений эфирных шариков с их плотностью уже говорилось; мы повторяем это в данном месте для того, чтобы подчеркнуть значимость такого явления: именно оно позволило нам отказаться от пресловутого притяжения и понять гравитацию; с его помощью будем объяснять механические взаимовлияния наэлектризованных тел, отвергая в принципе, по-прежнему, наличие притяжения и в этом случае.

Подвесим рядом два лепестка из металлической фольги и подадим на них в избытке электроны. Сделать это можно традиционным школьным способом — прикосновением к ним натертой о волосы пластмассовой расческой, или более современным способом — с отрицательного полюса заряженного конденсатора. Лепестки разойдутся; почему?

Начнем объяснение с того, что отметим наличие утечек электронов с лепестков в окружающую среду; это, может быть, — самое главное в понимании процесса. Доказательством наличия утечек является то, что довольно скоро разошедшиеся лепестки вернутся в свое исходное вертикальное положение. Утечки электронов с лепестков будут происходить в разные стороны, но очень скоро их плотность в пространстве между лепестками возрастет, и в дальнейшем предпочтительным направлением для них будут внешние по отношению к лепесткам пространства. Повышенные движения электронов понизят там эфирную плотность, и каждый лепесток будет испытывать силу от разности эфирного давления, направленную во внешнюю сторону; лепестки разойдутся. Таково наше объяснение. Подчеркнем: лепестки разойдутся не потому, что будут толкать друг друга, а вследствие разности давлений эфира с разных сторон каждого в отдельности лепестка. И еще раз повторим: решающим фактором в данном опыте явилось уменьшение плотности эфира в пространстве с движущимися электронами. Сила, порождаемая разностью эфирного давления, оказалась даже больше реактивной силы срывающихся с лепестка электронов.

Из нашего объяснения следует, что отклонение лепестка, на который подан избыток электронов, может произойти и в том случае, если другого соседнего лепестка совсем не будет, но при условии, когда с разных сторон лепестка будут уходить в окружающую среду разные потоки электронов; они в разной степени возбудят эфир, и этого окажется достаточно для того, чтобы лепесток отклонился. Сделать это можно различными способами: нанесением на одну из сторон особого покрытия, созданием различных специальных по форме шероховатостей, использованием полупроводниковых материалов и другими.

От изложенного объяснения возникновения силы на отдельном лепестке недалеко до обоснования, по крайней мере теоретически, возможности существования мифического ковра-самолета: если каким-то способом создать на верхней стороне ковра ускоренные движения электронов, то спокойный эфир под ковром создаст подъемную силу.

Теперь тот же опыт с подачей электронов на два соседних лепестка повторим наоборот: создадим на них разрежение электронов; для этого достаточно прикоснуться к ним потертой о шелк стеклянной палочкой или положительным полюсом электрического конденсатора. Лепестки снова разойдутся. Будем и этот случай объяснять, руководствуясь эфирной теорией.

Исходим из того, что электроны есть везде; есть они и в воздухе; мы об этом уже говорили. Любое тело, находящееся в воздухе, в стабильном электрическом состоянии насыщено электронами настолько, что их давление и в воздухе, и в этом теле одинаково. (О плотности электронов в этом случае можно не говорить; естественно, она больше в металле и меньше в воздухе.) А при отсутствии перепада электронного давления не будет и организованного перемещения электронов ни из воздуха в сторону тела, ни навстречу; и только при появлении перепада начнется их направленное движение.

В нашем опыте электроны окружающего воздуха устремятся к лепесткам, потому что там искусственно создано их разрежение; но очень скоро их плотность в межлепестковом пространстве упадет настолько, что основными будут потоки, идущие только извне. Движущиеся электроны уменьшат плотность эфира в наружном пространстве от лепестков, и лепестки под воздействием более высокого давления эфира в зоне между ними разойдутся. Результат тот же, что и при подаче избытка электронов на лепестки; и в этом случае также никакого отталкивания лепестков не происходит, а “виноватой” оказывается по-прежнему, разность давлений эфира.

Продолжим опыты и подадим на один лепесток избыток электронов, а на другом создадим их разряжение; результат окажется противоположным: лепестки сблизятся. Как было бы заманчиво объяснить это явление притяжением зарядов — своего рода чудесной палочкой-выручалочкой, но притяжения на самом деле нет и нет никаких зарядов, и нам не остается ничего другого, как воспользоваться прежними нашими рассуждениями.

Электроны будут утекать с лепестка, где они в избытке, и пополнять недостающую плотность на другом. Наибольший поток электронов будет наблюдаться в зоне между лепестками; следовательно, там же будет создаваться пониженное давление эфира. Возникшая в результате на каждом лепестке в отдельности разность эфирного давления породит силу, направленную извне вовнутрь; лепесток отклонится туда же; то же самое сделает независимо от первого другой лепесток; возникает иллюзия их притяжения.

Рассматриваемый опыт хорош тем, что он имеет интересное продолжение. Допустим, пополнение недостающих электронов на одном из лепестков устранило этот недостаток: плотность электронов на нем стала нормальной, но на другом лепестке она сохранилась еще избыточной. Электроны, по-прежнему, будут уходить со второго лепестка в воздух как в сторону первого, так и наружу; при этом их поток в сторону другого лепестка окажется большим. Этому будет способствовать большая поглотительная способность (электроемкость) металлического лепестка, чем воздуха. Сохранившееся повышенное давление электронов в зоне между лепестками приведет к их отклонению в направлении друг к другу, то есть их первоначальное положение сохранится. Отсюда следует такой вывод: “незаряженный” электронами лепесток будет отклоняться в сторону “заряженного”, а тот навстречу первому; при этом вовсе необязательно, что бы “незаряженный” лепесток был металлическим. Последнее утверждение основано на том, что абсорбируют электроны не только металлы, но и атомы и молекулы других материалов, твердых или жидких, кроме газообразных. Поэтому-то пластмассовая расческа после трения о волосы притягивает как кусочки металлической фольги, так и другие неметаллические легкие тела: обрывки бумаги, пушинки, тонкие струи воды и прочее.

Отклонение лепестков навстречу друг другу сохраняется и тогда, когда избыток электронов появится на первоначально “незаряженном” лепестке. Казалось бы, как могут “притягиваться” лепестки, имеющие одинаковый знак “заряда”, то есть имеющие избыток электронов? С точки зрения эфирной теории никакого парадокса в этом нет: поток электронов в зоне между лепестками все еще превышает потоки в других направлениях, и этого достаточно для того, чтобы лепестки сближались.

Если следить за их поведением и дальше, то, спустя некоторое время, обнаружится, что первоначально заряженный электронами лепесток перестанет отклоняться и примет вертикальное положение, в то время как второй сохранит свое прежнее отклонение. Это будет говорить о том, что заряженность электронами второго лепестка достигла такого уровня, когда утечки электронов с первого уравновесились в обе стороны, а поток прибывающих на второй лепесток электронов превысил утечки с него в наружное пространство.

Когда в результате перетекания электронов их избыточное давление на обоих лепестках выровняется, возникает та ситуация, которая нами уже рассмотрена ранее: лепестки разойдутся. Закончится опыт тем, что избыточные электроны на лепестках рано или поздно иссякнут, и лепестки примут вертикальное положение.

В середине нашего опыта может возникнуть иное продолжение: допустим, плотность электронов на том лепестке, где она была в избытке, стала в результате утечек нормальной, а на втором — все еще сохранится их разреженность. Электроны из промежуточного воздушного пространства будут усиленно вытесняться в сторону лепестка с недостатком электронов, и это приведет к сближению обоих лепестков. Когда же потоки электронов, пополняющие их недостаток с обоих сторон лепестка уравняются, он примет вертикальное положение, в то время как другой сохранит свое отклонение в его сторону. В дальнейшем возможен и такой вариант, что наибольшим будет поток электронов извне, и тогда лепесток с разреженными электронами отклонится наружу, а другой — в его сторону. Закончится опыт, опять же, полным насыщением и безразличным положением лепестков.

На примере рассмотренного опыта видно, что поведение лепестков не подчиняется примитивному закону: отталкивание тел с зарядами одного знака и притяжение — с противоположными, — оно сложнее, и его можно еще более усложнить, если использовать различные покрытия на лепестках.

Очень зримыми явления электрического “притяжения” и “отталкивания” становятся тогда, когда мы видим прилипающее к телу синтетическое платье или, наоборот, когда оно, наэлектризованное, топорщится, но ничего нового в объяснениях такие явления не требуют.

Дата добавления: 2014-12-25