Трактат об электричестве и магнетизме

Начнём с предположения, что уровень ртути во всех четырёх трубках один и тот же, и обозначим этот уровень через A₀, B₀, C₀ и D₀ Пусть при этом поршень находится в положении P₀, а запорный кран Q закрыт.

Пусть теперь поршень перемещается из положения P₀ в положение на расстояние a. Тогда, поскольку сечения всех трубок равны, уровень ртути в A и C поднимется на высоту a, т. е. до отметок A₁ и C₁ а ртуть в B и D опустится на такое же расстояние a, т.е. до отметок B₁ и D₁.

Разность давлений по обе стороны поршня будет представлена величиной 4a.

Эту установку можно использовать для того, чтобы представить диэлектрик, на который действует электродвижущая сила, равная 4a.

Можно считать, что избыток воды в трубке D представляет положительный заряд электричества на одной стороне диэлектрика, а избыток ртути в трубке A может представлять отрицательный заряд на другой стороне. Тогда избыток давления в трубке P с той стороны поршня, которая обращена к D будет представлять избыток потенциала на положительной стороне диэлектрика.

Если поршень может двигаться, он будет двигаться назад к положению P₀, где он будет в равновесии. Это представляет полный разряд диэлектрика.

Во время разряда имеет место обратное движение жидкостей во всей установке, и оно представляет то изменение электрического смещения, которое, по нашему предположению, имеет место в диэлектрике.

Я предположил, что каждая часть системы трубок наполнена несжимаемыми жидкостями, с тем чтобы представить свойство полного электрического смещения, состоящее в том, что ни в каком месте не происходит действительного накопления электричества.

Теперь рассмотрим, что произойдёт, если мы откроем запорный кран Q в то время, когда поршень P находится в положении Q₁.

Уровни A₁ и D₁ останутся неизменными, но уровни в трубках B и C станут одинаковыми и убудут совпадать с B₀ и C₀.

Открытый запорный кран Q отвечает наличию в диэлектрике части, которая обладает некоторой проводящей способностью, но которая не простирается через весь диэлектрик так, чтобы образовать открытый канал.

Заряды на противоположных сторонах диэлектрика остаются изолированными, но отвечающая им разность потенциалов уменьшается.

Действительно, за время прохождения жидкости через Q разность давлений по обе стороны от поршня падает с 4a до 2a.

Если мы теперь закроем запорный кран Q и дадим возможность поршню P свободно двигаться, он придёт к равновесию в точке P₂, и разряд, очевидно, будет равен половине заряда.

Уровень ртути в A и B будет выше первоначального уровня на a/2, в то время как уровень в трубках C и D будет на a/2 ниже первоначального. Эти уровни изображены отметками A₂, B₂, C₂, D₂.

Если теперь закрепить поршень и открыть кран, ртуть будет перетекать из B в C до тех пор, пока уровень в этих двух трубках не придёт снова к отметкам B₀ и C₀. Тогда разность давлений по обе стороны от поршня P будет равна a. Если теперь закрыть запорный кран и освободить поршень P, он опять придёт к равновесию в некоторой точке P₃ находящейся на полпути между точками P₂ и P₀. Это соответствует остаточному заряду, который наблюдается, когда заряженный диэлектрик сперва разряжается, а потом предоставляется самому себе. Он постепенно восстанавливает часть своего заряда, и если его потом опять разрядить, образуется третий заряд, причём эти последовательные заряды убывают по величине. В случае рассматриваемого иллюстративного эксперимента каждый заряд равен половине предыдущего, а разряды, которые равны 1/2, 1/4 и т. д. от первоначального заряда, образуют ряд, сумма которого равна первоначальному заряду.

Если бы вместо открывания и закрывания крана мы бы в течение всего эксперимента держали кран почти, но не совсем закрытым, мы бы получили случай, напоминающий случай электризации некоторого диэлектрика, который является совершенным изолятором и, кроме того, обнаруживает явление, называемое «электрическим поглощением».

Чтобы представить случай, в котором имеется истинное прохождение тока, мы должны либо сделать так, чтобы поршень пропускал жидкость, либо установить соединение между верхней частью трубки A и верхней частью трубки D.

Таким способом мы можем построить механическую иллюстрацию свойств диэлектрика любого вида, причём два вида электричества представлены двумя настоящими жидкостями, а электрический потенциал представлен давлением жидкости. Заряд и разряд представлены движением поршня P, а электродвижущая сила - равнодействующей сил, действующих на поршень.

ГЛАВА XI

ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

335. При нынешнем состоянии науки об электричестве определение электрического сопротивления проводника можно рассматривать как основную операцию в электричестве в том же смысле, в каком определение веса является основной операцией в химии.

Причина этого заключается в том, что определение абсолютного значения других электрических величин, таких, как количество электричества, электродвижущие силы, токи и т. д., требует в каждом случае выполнения сложного ряда операций, в том числе, в общем случае, наблюдения времени, измерения расстояний, а также определения моментов инерции, и эти операции, по крайней мере некоторые из них, должны повторяться для каждого нового определения, потому что невозможно сохранить в неизменном состоянии единицу электричества, или электродвижущей силы, или тока так, чтобы эти количества были пригодны для прямого сравнения.

Но если один раз определено электрическое сопротивление проводника, имеющего подходящую форму и сделанного из должным образом выбранного материала, то, как установлено, эта величина всегда остаётся той же самой для той же самой температуры, так что этот проводник может быть использован как стандарт сопротивления, с которым можно сравнивать сопротивление других проводников, а сравнение двух сопротивлений - это такая операция, которая может быть проведена с исключительной точностью.

После того как установлена единица электрического сопротивления, изготовляются вещественные копии этой единицы в виде «Катушек Сопротивления» для использования их исследователями электричества и, таким образом, в любой части света электрические сопротивления могут быть выражены через одну и ту же единицу. Эти катушки с единичным сопротивлением в настоящее время представляют собой единственный пример вещественных электрических стандартов, которые могут быть сохранены, воспроизведены и использованы с целью измерения. Меры электрической ёмкости, которые также имеют большое значение, до сих пор ещё несовершенны из-за возмущающего действия электрической абсорбции.

336. Единица электрического сопротивления может быть совершенно произвольной, как в случае Эталона Якоби, который представлял собой определённый медный провод весом 22,4932 грамма, длиной 7,61975 метра и диаметром 0,667 миллиметра. Копии этого эталона изготовлялись Лейзером (Leyser) в Лейпциге, и их можно найти в разных местах.

В соответствии с другим методом единица сопротивления может быть определена как сопротивление образца, сделанного из определённого вещества и имеющего определённые размеры. Так, единица Сименса определяется как сопротивление столба ртути длиною в один метр и поперечным сечением в один квадратный миллиметр при температуре 0 °С.