Если тело содержит такое количество электрической жидкости, что частица электрической жидкости, находящаяся вне тела, настолько же отталкивается электрической жидкостью в теле, насколько она притягивается к веществу тела, то такое тело называется Насыщенным. Если количество жидкости в теле больше, чем требуется для насыщения, то излишек называют Избыточной жидкостью, а тело называется Перезаряженным. Если количество жидкости меньше насыщающего, то тело называется Недозаряженным, а количество жидкости, требуемое для его насыщения, называют иногда Недостающей жидкостью. Число единиц электричества, необходимое для насыщения одного грамма обычного вещества, должно быть очень большим, потому что грамм золота можно расплющить в лист площадью в квадратный метр и в таком виде он может иметь отрицательный заряд по крайней мере в 60 000 единиц электричества. Чтобы насытить заряженный таким образом лист золота, требуется ввести в него именно такое количество электрической жидкости, так что полное количество жидкости, необходимое для насыщения, должно быть больше этого. Предполагается, что притяжение между веществом и жидкостью в двух насыщенных телах чуть больше, чем отталкивание между веществом обоих тел и между их жидкостями. Эта остаточная сила считается ответственной за гравитационное притяжение.

Эта теория, как и Двухжидкостная, не слишком много объясняет. Но она заставляет нас считать массу электрической жидкости столь малой, что ни при каких достижимых положительных или отрицательных степенях электризации не обнаруживается увеличение или уменьшение массы или веса тела. Кроме того, эта теория до сих пор не в состоянии дать достаточно разумное основание тому, что именно стеклообразную, а не смолообразную электризацию следует считать обусловленной избытком электричества.

Против этой теории иногда выдвигалось одно возражение людьми, которым следовало бы рассуждать более мотивированно. Утверждалось, что учение о взаимном отталкивании тех частиц вещества, которые не связаны с электричеством, находится в прямом противоречии с хорошо установленным фактом, что любая частица вещества притягивается к любой другой частице всюду во Вселенной, и что если бы теория Одной Жидкости была верна, то небесные тела взаимно отталкивались бы.

Ясно, однако, что, согласно этой теории, если бы небесные тела состояли из вещества, не связанного с электричеством, то они были бы чрезвычайно сильно наэлектризованы отрицательно и взаимно расталкивались бы. Однако у нас нет никаких оснований полагать, что они находятся в таком сильно наэлектризованном состоянии или могли бы поддерживаться в таком состоянии. Земля и все тела, притяжение которых обнаружено, находятся, скорее всего, в ненаэлектризованном состоянии, т. е. содержат нормальный электрический заряд, и единственное взаимодействие между ними - это упомянутая выше остаточная сила. Значительно более оправданным основанием для возражений против этой теории является искусственный характер введения остаточной силы.

В настоящем трактате я предполагаю на различных стадиях исследования проверить эти различные теории в свете дополнительных классов явлений. Со своей стороны, я ожидаю дополнительного освещения природы электричества от изучения того, что имеет место в пространстве, разделяющем электрические тела. В этом характерная особенность манеры исследований, принятой Фарадеем в его «Экспериментальных Исследованиях», и по мере продвижения вперёд я намерен представить результаты Фарадея, У. Томсона и др. в связной и математической форме, чтобы можно было почувствовать, какие явления описываются в равной мере хорошо всеми теориями, а какие указывают на присущие каждой теории трудности.

Измерение силы между наэлектризованными телами

38. Силы могут быть измерены различными способами. Например, одно из тел можно подвесить на одном плече чувствительных весов, уравновесив его в ненаэлектризованном состоянии разновесами, подвешенными ко второму плечу . После этого можно поместить под первым телом другое тело на известном расстоянии от него, так что притяжение или отталкивание тел при их электризации может увеличить или уменьшить кажущийся вес первого тела. Вес, который нужно добавить или убавить на втором плече, выраженный в динамических единицах, служит мерой силы между телами. Такое приспособление использовалось сэром К. Сноу Харрисом и принято в абсолютных электрометрах сэра У. Томсона (см. п. 217).

Иногда удобнее использовать крутильные весы, в которых горизонтальный стержень подвешен на тонкой проволочке или нити, так что он может колебаться вокруг вертикальной проволочки, как оси, а тело прикреплено к одному из концов стержня, и на него действует сила в касательном направлении, стремящаяся повернуть стержень вокруг вертикальной оси и закрутить нить подвески на некоторый угол. Крутильная жёсткость проволочки находится измерением периода колебаний стержня, момент инерции которого заранее известен, а по углу закручивания и крутильной жёсткости можно найти силу притяжения или отталкивания. Крутильные весы были придуманы Майчеллом (Michell) для определения силы гравитационного притяжения между двумя малыми телами и применены Кавендишем для этой цели. Кулон, работая независимо от этих исследователей, вновь изобрёл их, тщательно исследовал их действие и успешно применил их для установления законов действия электрических и магнитных сил. С тех пор крутильные весы всегда используются в исследованиях, требующих измерения малых сил (см. п. 215).

39. Предположим, что мы можем каким-либо из этих методов измерить силу, действующую между двумя наэлектризованными телами. Будем считать, что размеры тел малы по сравнению с расстоянием между ними, так что результат мало изменится от какой-либо неравномерности в распределении электризации по любому из тел, и примем, что оба тела подвешены в воздухе так, что находятся на достаточно большом расстоянии от других тел, на которых они могли бы вызвать электризацию через индукцию.

Тогда оказывается, что если тела помещены на фиксированном расстоянии друг от друга и имеют заряды, равные соответственно 𝑒 и 𝑒' наших временных единиц электричества, то они будут взаимно отталкиваться с силой, пропорциональной произведению 𝑒 на 𝑒'. Если 𝑒 или 𝑒' отрицательно, т. е. один из зарядов стеклообразный, а другой смолообразный, то тела будут притягиваться, если же и 𝑒, и 𝑒' отрицательны, то тела опять будут отталкиваться.

Мы можем считать, что первое тело А заряжено 𝑚 единицами положительного и 𝑛 единицами отрицательного электричества, которые можно считать отдельно помещёнными на тело, как в Опыте V.

Пусть второе тело В заряжено 𝑚' единицами положительного электричества и 𝑛' единицами отрицательного.

Тогда каждая из 𝑚 положительных единиц в теле А будет отталкивать каждую из 𝑚' положительных единиц в теле В с определённой силой, скажем, ƒ, что даёт полную силу 𝑚𝑚'ƒ.

Так как действие отрицательного электричества в точности равно и противоположно действию положительного, то каждая из 𝑚 положительных единиц электричества в теле А будет притягивать каждую из 𝑛' отрицательных единиц в теле В с той же силой ƒ, что даёт полную силу 𝑚𝑛'ƒ.

Точно так же 𝑛 отрицательных единиц в теле А притягивают 𝑚' положительных единиц тела В с силой 𝑛𝑚'ƒ и отталкивают 𝑛' отрицательных единиц тела В с силой 𝑛𝑛'ƒ.

Таким образом, полное отталкивание равно (𝑚𝑚'+𝑛𝑛')ƒ, а полное притяжение (𝑚𝑛'+𝑚'𝑛)ƒ.

Результирующее отталкивание равно

(

𝑚𝑚'

+

𝑛𝑛'

-

𝑚𝑛'

-

𝑛𝑚'

)

ƒ

, или

(𝑚-𝑛)

(𝑚'-𝑛')

ƒ

.

Но 𝑚-𝑛=𝑒 - алгебраическое значение заряда в теле А, а 𝑚'-𝑛'=𝑒' - алгебраическое значение заряда в теле В, так что результирующее отталкивание можно записать в виде 𝑒𝑒'ƒ где величины 𝑒 и 𝑒' всегда подразумеваются взятыми с соответствующими знаками.