Электрическое поле удобно изображать гра­фически с помощью силовых линий; касатель­ные, нанесенные в каждой точке этих силовых линий, определят направление вектора напря­женности поля.

Теперь обратимся к электрическим явле­ниям. Для них основной закон — закон Куло­на. Он определяет взаимодействие точечных зарядов в вакууме:

F=k•q₁q/r²,

где k — коэффициент, зависящий от выбора единиц для измерения зарядов q₁ и q, расстоя­ния между ними r и силы F, приложенной к каж­дому заряду.

При измерении этих величин в единицах Международной системы, т. е. зарядов в куло­нах (а•сек), расстояния в метрах и силы в нью­тонах, коэффициент k будет равен 9•10⁹, а формула приобретет следующий вид:

F= 9•10⁹q₁q/r².

Введем в нее коэффициент 4p так же, как это было сделано в формуле закона Ампера:

Заменив (1/36p)•10⁹ обозначением e₀, получим

закон Кулона в рационализированой форме:

F=q₁q/4pe₀r2,

где e₀=(1/36p)•10^-9 а•сек/в•м. Эта величина называется электрической постоянной вакуума.

Если же поместить заряды в диэлектрик, т. е. в среду, которая влияет на силу взаимо­действия, величина силы изменится и придется учитывать относительную диэлектрическую проницаемость среды e:

F=q₁q/4pee₀r².

Рассматривая взаимодействие зарядов с точ­ки зрения теории близкодействия (q₁ образует поле, a q испытывает его действие), находим напряженность электрического поля для точеч­ного заряда:

Е=F/q=q1/4pee₀r²

и находим силу, действующую на заряд в любой точке поля:

F=Еq.

Чтобы упростить вычисление силовой ха­рактеристики поля (Е), Максвелл ввел новую характеристику — D: электрическое смещение:

D=ee₀E.

В Международной системе для D нет спе­циального названия. Электрическое смещение измеряется единицей

а•сек/м, т. е. кулон/м²

Таким образом, электрическое смещение можно рассматривать как характеристику об­разования электрического поля в среде, когда заряды, связанные в атомах и молекулах ве­щества, смещаются. Мера этого процесса — заряд, сместившийся через единицу поверхно­сти.

Таким образом, в основные законы были введены две постоянные, характеризующие ва­куум,— электрическая e₀ и магнитная m₀. При этом само понятие вакуума обогатилось новым содержанием, которое расширяет наше пред­ставление об отвлеченном безвоздушном прост­ранстве.

ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Новое содержание закона электромагнитной индукции

Джемс Клерк Максвелл родился в том же году, когда Фарадей открыл электромагнитную индукцию. Через 30 лет Максвелл обогатил открытие Фарадея более глубоким физическим содержанием, а затем разработал теорию взаи­мосвязи электрических и магнитных явлений — теорию электромагнитного поля.

Изучая электромагнитную индукцию, Мак­свелл обратил внимание на то, что Фарадей не заметил. Его заинтересовала причина, порож­дающая ток в проводнике, когда магнитное поле изменяется. Он хотел понять, как и по­чему это происходит.

Ток — это перемещение свободных зарядов в проводнике. Они приходят в движение, лишь когда существует электрическое поле. А един­ственная возможность появления электрического поля связана в свою очередь с изменением маг­нитного поля, в котором находится проводник. Учитывая это, можно представить себе явление электромагнитной индукции так: при изменении магнитного поля вокруг него возникает вихре-

210