Що таке заряд?

Перший закон електростатики каже: однойменні заряди відштовхуються, а різноіменні притягуються. Так що таке заряд? Пригадаємо, що заряд, що утворюється на склі, потертим об шовк називається позитивним, а заряд, що виникає на сургучі, потертому об фланель – негативним. Але ми звикли до того, що тертям електризують тільки діелектрики. Вважається, що провідники взагалі не можна наелектризувати. З'ясувалося, що якщо провідник добре ізолювати, його можна зарядити електрикою.

Але чи обов'язково терти тіла одне об одне? І головне, у чому причина електризації? Для відповіді ці питання можна обійтися простим дослідом.

Візьміть два латунні диски, насаджені на ручки з ізолюючого матеріалу. До одного з них приклейте кружальце з фланелі або шовку, що дорівнює діаметру диска, до іншого - такий же кружальце з плексигласу. Незаряджені диски накладіть один на один і потріть їх один за одним, повертаючи в протилежні сторони. Піднесіть перший диск на відстань 1-2 см до стрижня електроскопа і помітте, наскільки пелюстки відхилилися. Наблизивши другий диск до електроскопа, кут розходження пелюсток буде той самий, що й у попередньому випадку.

Потім піднесіть диски, не стикаючись, близько один до одного і наблизьте їх до стрижня електроскопа. Якщо листочки електроскопа не відхилятимуться, значить, заряди дисків протилежні та їх дії компенсувалися.

Цей факт дозволив сформулювати таке твердження: якщо два різнорідних тіла спочатку стикалися, а потім були віддалені один від одного, то кожне з них набуває рівного за величиною, але протилежного за знаком заряду.

Таким чином, електризація тертям пояснюється появою зарядів при контакті різнорідних тіл. При цьому тертя забезпечує тісний контакт між тілами, що стикаються.

Перший кількісний закон електростатики було відкрито 1785 року Кулоном. Він виявив, що сила взаємодії між точковими зарядами обернено пропорційна квадрату відстані між ними.

Для підтвердження цього закону можна скористатися ідеєю Кавендіша: дія всіх зарядів, розташованих на сфері, на будь-який заряд усередині сфери буде взаємно компенсована тільки в тому випадку, якщо сила взаємодії обернено пропорційна квадрату відстані між зарядами, що взаємодіють.

Ґрунтуючись на ідеї Кавендіша, можна провести наступний дослід. Заряджена металева кулька на ізолюючій ручці вставляється всередину незарядженої металевої сфери і стикається з її внутрішньою поверхнею. Заряди з кульки перейдуть на сферу, і кулька виявиться незарядженою. Зрозуміло, якщо закон зворотного квадрата не діє, то на вийнятій кульці виявиться певний заряд. Його можна знайти за допомогою електроскопа.

Максвел проробив досвід з великою точністю і отримав, що двійка в законі Кулона має похибку не більше ніж ±1/2160.

Першим практичним застосуванням знань з електростатики було, мабуть, громовідведення. Відомо, що між вістрям і зарядженим тілом добре проскакує іскра - це й використали, щоб захистити будинки від ударів блискавки.