Два последних уравнения показывают связь между силовыми характеристиками электриче­ского и магнитного полей с векторами электри­ческого смещения и напряженности магнитного поля, с постоянными вакуума e₀ и m₀, с относи­тельной проницаемостью e и m диэлектрической среды и магнитной среды.

Эти замечательные уравнения могут быть записаны и в дифференциальной форме, которая дает возможность выразить связь между элект­рическими и магнитными величинами в любой момент времени в какой-либо точке электро­магнитного поля. Уравнения Максвелла — Гер­ца позволяют решать самые разнообразные за­дачи в области электрических и магнитных яв­лений. В этом смысле они подобны законам Ньютона.

Учение о механических явлениях, построен­ное на законах Ньютона, называется клас­сической механикой. Учение же об электри­ческих и магнитных явлениях, построенное на уравнениях электромагнитного поля, назы­вается классической электроди­намикой.

ЭЛЕКТРОНИКА

Электронная природа тока в металле

Об элементарной частице — электроне — подробно рассказывается в статье «Элементар­ные частицы». Здесь же мы подчеркнем лишь то, что исследование свойств электрона позво­лило многое узнать о природе электромагне­тизма. Именно его движение в проводнике и создает электрический ток.

Первым эту мысль высказал голландский физик Гендрик Лоренц. Электронную природу тока в металлах доказывает, например, опыт, предложенный советскими академиками Л. И. Мандельштамом и Н. Д. Папалекси.

Если металлическое кольцо быстро и равно­мерно вращать, то вместе с ним начнут вра­щаться и свободные электроны атомов металла (рис. 24). Что же произойдет, если резко оста­новить кольцо? Свободные электроны по инер­ции будут продолжать движение, и в кольце пройдет ток. Он создаст магнитное поле, и его можно легко обнаружить магнитной стрелкой.

Опыт Милликена

Электрическое поле действует на электри­ческий заряд при любых обстоятельствах, дви­жется он или покоится. Если он покоится, поле приведет его в движение, передав ему энергию.

Электрон обладает наименьшей долей элект­рического заряда. Какие бы тела мы ни заряди­ли и какой бы заряд им ни сообщили, заряд электрона будет общим наименьшим кратным всех электрических зарядов. Это эксперимен­тально установили Фарадей — в явлении электро­лиза и Р. Милликен — в специальном опыте, подтвердившем атомистичность электрического заряда.

Опыт Милликена поразительно прост, а его результаты неопровержимы. Если электрически заряженная капля (например, масла) окажется в электрическом поле плоского конденсатора с горизонтальными пластинами, то ее движение будет обусловлено силой Ньютона, силой Ар­химеда, силой Стокса (сила вязкого трения, возникающая при движении капли масла в воз­духе) и силой Кулона. Первые три силы для любой капли неизменны, а четвертую — силу Кулона — можно регулировать, изменяя на­пряженность электрического поля между пла­стинами. Этим и воспользовался Милликен.

Силы Архимеда, Стокса и Кулона направ­лены противоположно силе Ньютона. Если сум­ма трех первых сил будет равна четвертой, кап­ля останавливается, конденсатор отключается от батареи, электрическое поле, а с ним и сила Кулона выбывают из игры. Тем самым нару­шается равновесие. Капля начинает двигаться с возрастающей скоростью. Но по мере воз­растания скорости, в той же пропорции, увели­чивается и сила Стокса. Через некоторое вре­мя, когда сумма сил Архимеда и Стокса срав­няется с силой Ньютона, капля начнет двигать­ся равномерно. Зафиксировав время и прой­денное каплей расстояние, можно определить ее скорость. На основе этой величины находят радиус капли, что в свою очередь позволяет измерить ее заряд.

214