Як Фарадей створив теорію діелектричної поляризації

створив
Як здійснюється взаємодія двох тіл — на відстані чи через посередництво середовища? Це питання задавали собі фізики та філософи ще з часів Ньютона. Сам Ньютон практично ухилився відхилення цієї проблеми, хоча й не вірив у можливість на відстані. Представники математичної фізики схилялися до визнання на відстані, причому не стільки тому, як це прийнято вважати, що Ньютон у своїх дослідженнях припускав дію «як би» тим, що відбувається на відстані, скільки просто з тієї причини, що за відсутності задовільних теорій вплив на відстані уявлялося найпростіший моделлю для математичного тлумачення явищ. Вивчення електричних та магнітних явищ знову висунуло цю стару проблему. У дію з відривом вірили Епінус, Кавендиш, Кулон, Пуассон.

Фарадей зайнявся цим питанням у 1837 р., вважаючи, що цю проблему можна вирішити експериментальним шляхом. Насправді, думав Фарадей, дія на відстані повинна проявлятися тільки по прямій лінії, тоді як дія опосередкована має бути здатною виявлятися і по кривій; крім того, якщо середовище не бере участі у процесі поширення електричної дії, то природа проміжної речовини не повинна впливати на це явище; якщо ж дія опосередкована, такий вплив має проявлятися. Керуючись цими уявленнями, він провів численні та дотепні експерименти, з яких випливало, що електрична дія проявляється також по кривих лініях і що проміжне середовище значно впливає на цю дію.

У ході цих досліджень Фарадей провів свій знаменитий досвід із дерев'яною кабінкою, оточеною заземленою металевою сіткою («клітина Фарадея»), усередині якої не можна було виявити жодного.ознаки електрики навіть при дуже великому заряді на стінках, і аналогічний досвід з «циліндром Фарадея», що був ретельніше і повніше проведене повторення експерименту з «колодцем» Беккаріа. Ці досліди Фарадея підтверджували те, що відзначали спостерігачі попереднього століття і що доводилося, як ми бачили, математичної фізикою.

Проводячи досліди зі сферичними конденсаторами однакового розміру, але з різними ізолюючими прокладками, Фарадей усунув усілякі сумніви щодо існування певної питомої індуктивної здатності (цей термін введений Фарадеєм), розвиваючи таким чином дослідження, розпочаті Беккаріа сімдесят років тому.

Внаслідок цих дослідів Фарадей сформулював свою теорію діелектричної поляризації.

Як пояснити вплив діелектрика у конденсаторі? Авогадро в 1806 р. припустив, що молекули тіла, що не провадить, поляризуються під впливом зарядженого провідника. Але Фарадей, мабуть, не знав цієї роботи Авогадро і керувався двома аналогіями: теорією магнетизму Пуассона та теорією електролітичної дії Гроттгуса.

Він був уражений схожістю вольтаметра з конденсатором: якщо до шматочка льоду з двох сторін прикласти два заряджені провідники, то вийде конденсатор, якщо ж лід розтопити, то вийде вольтаметр, в якому, згідно з гіпотезою Гроттгуса, поляризовані молекули орієнтовані в напрямку струму. Але, на думку Фарадея, поляризація вже повинна існувати в молекулах льоду, рідкий стан лише дозволяє іонам переміщатися. Тому, робить висновок Фарадей, звичайна електростатична індукція є «дія суміжних частинок». Частинки тіла, чи то ізолятор чи провідник, є досконалими провідниками, які у звичайному стані не поляризовані,але можуть поляризуватися під впливом сусідніх заряджених частинок. Заряджене тіло, поміщене в ізолююче середовище, поляризує її частинки шар за шаром. Теорія магнетизму Кулона і Пуассона, таким чином, переноситься цілком на теорію діелектриків.

На оголошений Італійським науковим товариством конкурс із розроблення математичної теорії електростатичної індукції, заснованої. на ідеях Фарадея, відгукнувся Оттавіано Фабриціо Моссотті (1791—1863), один із найбільших представників математичної фізики минулого століття, чиї твори тепер зібрані та видані у двох томах (Піза, 1942—1951). Він представив чудову роботу «Анлітичний розгляд впливу діелектричного середовища на розподіл електричної середовища тел»), Модена, 1850 р.