Гравитация и эфир

И теперь, словно бы «конструируя» атом, мы будем плавно вносить откуда-то очень издалека (в пределе – из бесконечности) отрицательный «электрический заряд» (частицу электрон вместе с его полем) в потенциальном поле положительного «электрического заряда» (протона-частицы, вместе с его полем). То есть мы будем совершать работу по перемещению единичного заряда (электрона) в потенциальном поле – из бесконечности в какую-то точку внутри атома, на уровень удаления какой-то орбиты от протона. Поскольку в данной главе мы занимаемся лишь некоторыми оценочными цифрами (точными займутся физики, если захотят, а не захотят – займутся школьники), то для простоты будем вносить электрон на уровень, допустим, n – ной орбиты атома. Почему именно n – ной? Если мы внесём электрон на уровень первой орбиты, то он окажется под потенциалом поля протона уровня десятка вольт, а если внесём его на уровень n – ной орбиты, то он окажется там под потенциалом поля протона величиной всего лишь, допустим, в десятые доли вольта (эти потенциалы вычисляются физиками в общем случае методами спектроскопии). То есть разность потенциалов поля протона в точках первой и n – ной орбит составит величину напряжения между этими точками:

Самым важным результатом здесь будем считать тот, что разность потенциалов (напряжение) между точкой первой орбиты и точкой n – ной орбиты почти равна разности потенциалов (напряжению) между любой из точек первой орбиты и «бесконечностью».

Зачем нам понадобилось привязывать потенциалы к орбитам 1 и n? Это нужно только для того, чтобы задать точное расстояние между двумя фиксированными точками потенциального поля протона – ∆d. Потому что расстояние между любой точкой поля вблизи протона и далёкой бесконечностью (как истинное ∆d для истинного потенциала) измерять, мягко говоря, неудобно. Но это ∆d нам необходимо знать потому, что классика физики определяет через него напряжённость поля (поля протона, в данном случае):

где – потенциальная энергия нашего «пробного» заряда (электрона – как «заряда»), внесённого из бесконечности в данную точку потенциального поля протона;

– заряд электрона, как поле этого заряда (о нём мы поговорим ещё более подробно – ниже);

– напряжённость электрического поля протона в точке внесения «пробного заряда» (электрона);

– расстояние между точкой нулевого потенциала и данной точкой потенциального поля протона; здесь важно то, что (в нашем примере с n – ной орбитой) расстояние между n – ной орбитой и бесконечностью равно не бесконечности, но мы его принимаем «нулевым», так как ведём отсчёт потенциала не от бесконечности, а, в первом приближении, от n – ной орбиты, где потенциал (между n – ной орбитой и бесконечностью) мало отличается от «нуля» (от потенциала бесконечно удалённой точки – как потенциала истинного там «нуля»).

Начнём с закона, проверенного временем. Таким, главным в электростатике, является закон Кулона:

где заряды и мы обозначаем символами, принятыми в теории Бора и квантовой механике;

K – электростатическая постоянная, о которой мы будем ещё говорить ниже.

Если поле создаётся зарядом (протон), то на заряд (электрон) со стороны действует сила Кулона. В общем случае: чем больше заряд (протон), тем больше сила, действующая на (электрон). Но мы говорим, для простоты формулировок, об атоме водорода, где оба заряда и – единичные. Эту силу, действующую на со стороны можно рассматривать как характеристику поля заряда (протона). Эту характеристику физики называют «напряжённостью электрического поля». Вспоминая Фарадея, напряжённость электрического поля можно ассоциировать с количеством «силовых линий» поля заряда , пронизывающих некоторую единичную площадку, где находится, скажем, пробный единичный заряд (). В общем случае, чем больше заряд (электрон), тем с большей силой он должен притягиваться полем заряда к этому заряду (к протону). То есть электростатическая сила F должна быть прямо пропорциональной пробному заряду . С другой стороны, она же должна быть прямо пропорциональной количеству силовых линий, то есть напряжённости поля. Таким образом, сила, действующая на заряд в поле заряда должна быть следующей:

откуда напряжённость поля в данной точке равна отношению силы, с которой поле (заряда ) действует на пробный точечный заряд () к этому заряду:

Фактически оба последних выражения – это определения в электростатике силы поля и напряжённости этого поля. Сразу же разберёмся с размерностями величин.

В вольтах измеряется разность потенциалов между двумя точками электрического поля. О ней мы ниже будем подробно говорить.

Если напряжённость поля E – это вектор и силовая характеристика поля, то потенциал φ – это скаляр и энергетическая характеристика поля.

Потенциалом точки электростатического поля называется отношение потенциальной энергии заряда, помещённого в данную точку, к этому заряду:

Фактически потенциал – это та же энергия, которую придали заряду, поместив его в данную точку поля: