Если мы посчитаем по этой гипотезе полную энергию, сосредоточенную в среде, мы найдём, что она равна энергии зарядов на проводниках по гипотезе прямого взаимодействия на расстоянии. Таким образом, обе гипотезы математически эквивалентны.

Если мы теперь перейдём к исследованию механического состояния среды исходя из гипотезы, что наблюдаемое механическое взаимодействие наэлектризованных тел осуществляется через и посредством среды, подобно тому как в обычном случае воздействие одного тела на другое - через натяжение верёвки или давление стержня, то мы придём к выводу, что среда должна находиться в состоянии механического напряжения.

Как показал Фарадей ⁸, это напряжение заключается в натяжении вдоль силовых линий и равном ему давлении по всем направлениям, перпендикулярным силовым линиям. Величина этих напряжений пропорциональна энергии электризации на единицу объёма, т. е., иными словами, пропорциональна квадрату результирующей электродвижущей напряжённости, умноженной на удельную индуктивную способность среды.

⁸Exp. Res., Series XI, 1297.

Такое распределение напряжения является единственным, согласующимся с наблюдаемым механическим воздействием на заряженные тела, а также с наблюдаемым равновесием жидкого диэлектрика, окружающего их. Поэтому я счёл научно оправданным шагом признание фактического существования этого состояния напряжения и вывод следствий из этого предположения. Встретив выражение электрическое натяжение в различных, точно не очерченных значениях, я попытался ограничить его смысл тем значением, которое, как мне представляется, подразумевали некоторые из употреблявших это выражение, а именно состояние напряжения в диэлектрической среде, вызывающее движение заряженных тел и приводящее при постепенном увеличении к пробою.

При таком понимании электрическое натяжение является величиной такого же рода и измеряемой тем же способом, что и натяжение верёвки, а о диэлектрической среде, могущей испытывать натяжение не более некоторого определённого значения, можно сказать, что она имеет определённую прочность точно в том же смысле, как мы говорим об определённой прочности верёвки. Так, например, Томсон установил, что воздух при обычном давлении и температуре может выдержать электрическое натяжение в 9600 гран на квадратный фут, прежде чем образуется искра.

60. Из гипотезы о том, что электрическое воздействие не является прямым взаимодействием тел на расстоянии, а передаётся через среду между двумя телами, мы пришли к выводу, что эта среда должна находиться в напряжённом состоянии. Мы установили также характер этого напряжения и сравнили его с напряжениями, возникающими в твёрдых телах. Вдоль силовых линий имеет место натяжение, а перпендикулярно им -давление, численно обе эти силы равны и обе пропорциональны квадрату результирующей напряжённости в точке. Установив эти результаты, мы готовы к следующему шагу - к образованию представления о природе электрической поляризации в диэлектрической среде.

Элементарный участок тела можно назвать поляризованным, если он приобретает равные, но противоположные свойства с противоположных концов. Представление о внутренней поляризации удобнее всего изучить на примере постоянных магнитов; более подробно мы на нём остановимся, когда перейдём к рассмотрению магнетизма.

Электрическая поляризация элементарного участка диэлектрика - это вынужденное состояние, в которое среда переходит под воздействием электродвижущей силы, исчезающее при устранении этой силы. Мы можем представить его как некоторое электрическое смещение, вызываемое электродвижущей напряжённостью. Если электродвижущая сила воздействует на проводящую среду, она вызывает в ней ток, если же среда непроводящая или диэлектрическая, то ток не может длительно по ней течь, но электричество смещается в среде в направлении электродвижущей напряжённости, причём величина этого смещения зависит от величины напряжённости, так что при увеличении или уменьшении электродвижущей напряжённости в том же отношении увеличивается или уменьшается электрическое смещение.

Величина смещения измеряется количеством электричества, пересекающим единицу площади в процессе увеличения смещения от нуля до фактического значения. Таким образом, оно является мерой электрической поляризации.

Аналогия между действием электродвижущей напряжённости, вызывающей электрическое смещение, и обычной механической силой, вызывающей смещение упругого тела, настолько очевидна, что я осмелился назвать отношение электродвижущей напряжённости к соответствующему электрическому смещению коэффициентом электрической упругости среды. Этот коэффициент для разных сред различен и меняется обратно пропорционально диэлектрической постоянной среды.

Изменение электрического смещения, очевидно, представляет собой электрический ток. Однако этот ток может существовать лишь пока меняется смещение, а так как смещение не может превосходить определённого значения, не вызывая Пробоя, то ток не может идти неограниченно долго в одном направлении, подобно току в проводниках.

В турмалине и других пироэлектрических кристаллах, по-видимому, может существовать состояние электрической поляризации, зависящее от температуры, для создания которого не требуется внешняя электродвижущая сила. Если бы внутренность тела была в состоянии постоянной электрической поляризации, то внешняя поверхность тела постепенно зарядилась бы так, чтобы нейтрализовать действие внутренней поляризации во всех точках вне тела. Этот внешний поверхностный заряд нельзя было бы обнаружить ни одним из общепринятых способов и нельзя было бы удалить ни одним из обычных методов удаления поверхностного заряда. Поэтому внутренняя поляризация вещества никак не могла бы быть обнаружена, разве только если бы каким-либо способом, например изменением температуры, можно было увеличить или уменьшить величину внутренней поляризации. При этом внешняя электризация уже не смогла бы нейтрализовать внешний эффект от внутренней поляризации, и мы обнаружили бы кажущуюся электризацию, как в случае турмалина.

Если заряд 𝑒 равномерно распределён по поверхности сферы, то результирующая напряжённость в любой точке среды, окружающей сферу, пропорциональна заряду 𝑒, делённому на квадрат расстояния от центра сферы. Эта результирующая напряжённость, согласно нашей теории, сопровождается смещением электричества в наружном направлении от сферы.

Если мы теперь проведём концентрическую сферу радиуса 𝑟, то полное смещение 𝐸 через эту поверхность будет пропорционально результирующей напряжённости, умноженной на площадь сферической поверхности. Но результирующая напряжённость прямо пропорциональна заряду 𝑒 и обратно пропорциональна квадрату радиуса, а площадь поверхности прямо пропорциональна квадрату радиуса.

Таким образом, полное смещение 𝐸 пропорционально заряду 𝑒 и не зависит от радиуса.

Чтобы определить соотношение между зарядом 𝑒 и количеством электричества 𝐸, смещаемым наружу через любую сферическую поверхность, рассмотрим работу, совершаемую над средой в области между двумя концентрическими сферическими поверхностями при увеличении смещения от 𝐸 до 𝐸+δ𝐸. Если 𝑉₁ и 𝑉₂ - потенциалы соответственно на внутренней и на наружной поверхности, то электродвижущая сила, производящая это дополнительное смещение, равна 𝑉₁-𝑉₂ так что работа, затраченная на увеличение смещения, равна (𝑉₁-𝑉₂)δ𝐸.

Если теперь считать внутреннюю сферу совпадающей с наэлектризованной поверхностью, а радиус внешней сферы устремить в бесконечность, то 𝑉₁ перейдёт в потенциал сферы 𝑉 a 𝑉₂ станет равным нулю, так что вся работа, совершаемая в окружающей среде, равна 𝑉δ𝐸.

Но, согласно обычной теории, работа, совершаемая при увеличении заряда, равна 𝑉δ𝑒, и если, как мы считаем, эта работа тратится на увеличение смещения, то δ𝐸=δ𝑒, а так как 𝐸 и 𝑒 одновременно обращаются в нуль, то 𝐸=𝑒 т.е.: