168. Плюс или минус?
На вид отличить положительно заряженный электроскоп от отрицательно заряженного не получится: электроскоп ведет себя одинаково независимо от знака заряда на нем. Но, имея предмет, знак заряда которого нам известен, мы можем заставить электроскоп вести себя по-разному в зависимости от его собственного заряда. И кусочек эбонита как раз позволяет нам получить в свое распоряжение такой предмет: если эбонит протереть шерстяной тряпочкой, он заряжается отрицательно. В качестве тряпочки подойдет шерстяной свитер и даже волосы на голове.
Итак, отрицательно заряженное тело у нас есть. Как теперь с его помощью определить заряд электроскопа? При прикосновении к электроскопу, заряженному положительно, заряды по крайней мере частично нейтрализуют друг друга, так что лепестки электроскопа опустятся. Но такой же эффект мы можем получить, если электроскоп заряжен отрицательно, но сильнее, чем эбонит: при выравнивании заряда лепестки в этом случае тоже сойдутся. Но если эбонит поднести к шарику электроскопа, не касаясь, то он вызовет поляризацию заряда: на шарике электроскопа соберется положительный заряд, а на лепестки отправится отрицательный, и в этом случае поведение лепестков будет красноречивым: если они разойдутся еще сильнее, значит, электроскоп был заряжен отрицательно, а если опустятся – положительно.
169. Как распределяется заряд?
Представим себе, что мы заряжаем шар, размещая на нем электроны по одному. Первому электрону все равно, где находиться, поэтому он останется примерно там, куда его поместили. Когда мы разместим на шаре второй электрон, они, в соответствии с законом Кулона, будут отталкиваться друг от друга и постараются разойтись как можно дальше, а поскольку электроны в металле перемещаются свободно, то наши электроны окажутся на противоположных точках поверхности шара. Третий электрон заставит два других разойтись так, чтобы все три электрона находились на большой окружности («меридиане») шара в вершинах правильного треугольника – именно при этом условии все три электрона находятся как можно дальше друг от друга. Четвертый электрон заставит три помещенных ранее сместиться так, чтобы вчетвером они заняли вершины правильного тетраэдра. Продолжая этот процесс (1 нанокулон – это довольно много электронов; кстати, сколько?), мы заметим, что заряды все время стремятся оставаться на поверхности шара. Чтобы доказать это строго, нам пока не хватит математических знаний, но интуитивно это довольно очевидно. А раз заряд все время остается на поверхности, то в средней части шара зарядов не будет – не важно, имеет ли эта средняя часть радиус в два или в четыре раза меньше радиуса шара.