Предлагаемое вниманию читателя «Учение оО электричестве» Р. Поля, являющееся второй частью трехтомного «Введения в физику», принадлежит к числу книг, не нуждающихся в рекомендации. Появление ее в свет свыше тридцати лет назад стало переломным моментом в развитии всей педагогической литературы в области физики. Мне думается, что ни один из авторов, писавших за эти годы курсы и учебники экспериментальной физики для высшей или средней школы, не избежал глубокого и плодотворного влияния книги Поля. Можно не принимать целиком план и характер изложения, принятый Полем, можно не соглашаться с ним в трактовке тех или иных отдельных вопросов или целесообразности их отбора для учебника, но «после Поля» стало невозможным писать учебники так, как они писались «до Поля».
Книга Поля — это прежде всего учебник экспериментальной физики в самом лучшем смысле этого слова. С необычайным мастерством автор при изложении всего классического и современного материала дает учащемуся возможность провести строгое разграничение между тем, что является опытным фактом, и тем, что является его теоретической интерпретацией. Всякий, писавший учебник, знает, как это трудно.
Совершенно непривычный характер и последовательность изложения материала, свежесть и оригинальность в подходе к отбору материала для учебника делают книгу Р. Поля совершенно непохожей на другие учебники и придают ей какой-то своеобразный аромат. Быть может, именно эти обстоятельства в какой-то мере мешают этой книге стать «учебником» в прямом смысле этого слова. Вероятно, по книге Р. Поля трудно «выучить физику», как говорят учащиеся, но я думаю, что не только студент-физик, но и всякий инженер, биолог, химик, который захочет понять сущность современного учения об электричестве, должен эту книгу внимательно прочесть.
Настоящее издание «Электричества» является на русском языке четвертым. Предыдущие издания выходили в 1929, 1931 и 1933 гг.
СОДЕРЖАНИЕ
г
От переводчика .......................... И
Предисловие автора к 16-му немецкому изданию........ 13
Предисловие автора к 17-му немецкому изданию.......... 14
О принятых в книге обозначениях и пользовании формулами..... 15
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ ЗАРЯДЫ И ПОЛЯ
I. Приборы для измерения тона и напряжения..........17
§ 1. Предварительное замечание (17). § 2. Электрический ток (17) § 3. Техническое осуществление измерителей тока, или амперметров (23). § 4. Калибровка измерителей тока, или амперметров (25). § 5. Электрическое напряжение (26). § 6. Техническое устройство статических измерителей напряжения, или вольтметров (27) § 7. Калибровка измерителей напряжения, или вольтметров (28). § 8. Измерители напряжения, потребляющие ток, или вольтметры (28) § 9. Несколько примеров токов и напряжений разной величины (31). § 10. Импульс тока и его измерение (33). § 11- Измерители тока и напряжения с малым временем установки. Осциллографическая («брауновская») трубка (36). § 12 Электрическое измерение энергии (37).
1 П. Электрическое поле.......................39
§ 13. Предварительное замечание (39). § 14 Основные наблюдения. Электрические поля разного вида (39). § 15 Электрическое поле в вакууме (44). § 16 Электрические заряды, или субстанции (44). § 17. Разрушение поля веществом (46). § 18. Подвижность атомов э^ектричест ва в проводниках и их неподвижность в изоляторах (46) § 19. Индукция и ее объяснение (48). § 20. Расположение покоящихся зарядов на поверхности проводников (50). § 21. Ток при распаде поля (53). ^ 22 Измерение электрических зарядов по импульсу тока Связь между зарядом и током (54). § 23. Количественное изучение электростатической индукции (56). § 24 Напряженность электрического поля (? и плотность смещения X (57). § 25. Закон Кулона (59). § 26. Электрическое поле Земли Объемный чаряд и градиент поля (60). § 27. Емкость конденсатора и ее вычисление (61). §28. Конденсаторы различной конструкции. Диэлектрики и их электризация (64).
III. Силы и энергия е электрическом ноле.............69
§ 29. Три предварительных замечания (69). § 30. Основной опыт (70). § ЗОа. Общее определение напряженности электрического поля (? (72). §31. Ikpeoe применение равенства ?~д($, (73). § 32 Давление на поверхность заряженного тела Уменьшение поверхностного натяжения (76). § 33. Опыт Гсрике с парением заряженных тел (1672 г.). Элементарный электрический заряд е=1,60-10 13 амперсекунды (77) § 34. Энергия электрического поля (79). § 35. Электрическая поверхность уровня и потенциал (80). § 36 Электрический диполь, электрический момент (81) § 37 Индуцированные и постоянные электрические моменты. Пироэлектрические и Пьезоэлектрические кристаллы (83).
IV. Емкостные источники тока и некоторые применения электрических
!) полей .........................86
, § 38. Предварительное замечание. Общие сведения об источ-
никах тока (86). § 39. Индукционные, или электростатические, машины (87). § 40. Индукционная машина как электродвигатель
, (91). § 41. Емкостные источники тока с очень высоким напря-
жением (92) § 42 Экранирование от электрических полей Защитные ящики (92) § 43. Количественные данные о распаде ноля (94). § 44 Статические вольтметры с вспомогательным полем (94)
V. Магнитное поле.........................96
§ 45. Создание магнитных полей различного вида при помощи электрических токов (95). § 46. Движение электрических зарядов создает магнитное поле Опыты Роуланда (1876 г.) (100). § 47. Магнитные поля постоянных магнитов также создаются движением электрических зарядов (102). § 48. Резюме (104).
VI. Явления электромагнитной индукции............... 105
§ 49. Предварительное замечание (105). § 50. Явления электромагнитной индукции (Ю5). § 51 Количественное изучение индукции в покоящихся катушках (107). § 52. Плотность магнитного потока УЗ и напряженность магнитного поля S?(I09) § 53. Закон индукции и его применения (110). §54. Индукция в движущихся проводниках (113). §55 Слишком узкие формулировки закона индукции (П5). § 56. Наиболее общая форма закона индукции (116).
VII. Связь между электрическим и магнитным полем . . ;......117
§ 57. Углубленное истолкование процесса индукции. Второе уравнение Максвелла (117) § 58. Измеритель магнитного напряжения (119). § 59. Магнитное напряжение токов проводимости. Примеры применения (121). § 60. Ток смещения и первое уравнение Максвелла (124)
VIII. Зависимость полей от системы отсчета............127
§ 61. Количественная обработка опытов Роуланда (127). §62. Истолкование явления индукции в движущихся проводниках (128). § 63. Заключительное замечание (130).
IX. Силы в магнитных полях....................132
§ 64. Обнаружение сил, действующих на движущиеся заряды (132). § 65. Силы, действующие между двумя параллельными токами. Скорость света с = 3-!Os м сек (133). § 66. Правило Ленца. Вихревые токи (135). §67. «Ползущий гальванометр». Магнитный
поток при различном железном замыкании (138). § 68. Магнитный момент 'JJt (140). § 69. Локализация магнитного потока и магне-тостатика (144). § 70. Заключение (150).
X. Применения электромагнитной индукции, в частности индуктивные
генераторы тока и электродвигатели............ 151
§ 71. Предварительное замечание (151). § 72. Индуктивные источники тока (151). § 73 Электродвигатели. Общие основы (157). § 74. Конструкция электродвигателей (162). § 75. Двигатели переменного тока с вращающимся полем (16°).
XI. Инерция магнитного поля и переменные токи...........165
§ 76. Самоиндукция и индуктивность L (166). § 77. Инерция магнитного поля как следствие явления самоиндукции (169). § 78. Количественные данные относительно переменных токое (173). § 79. Катушка в цепи переменного тока (174) § 80. Конденсатор в цепи переменного тока (176). § 81. Последовательное включение катушки и конденсатора в цепь переменного тока (177). § 82 Параллельное включение катушки и конденсатора в цепь переменного тока (180). § 83. Мощность переменного гока (181). § 84. Трансформаторы и индукторы (182). § 85. Свободные электрические колебания (185) § 86. Вынужденные электрические колебания (190). § 87. Количественная трактовка вынужденных колебаний при последовательном включении (193). § 88 Общее замечание о применении электрических колебаний (395). § 89. Механические колебания как вспомогательное средство в технике переменных токов (195). §90. Переменные токи постоянной амплитуды и переменной частоты (196). § 91. Принцип спектральных аппаратов (196) § 91а. Положительная и отрицательная обратная связь Управление и регулирование (198). § 92. Высокочастотные > переменные токи как вспомогательное средство для демонстрационных экспериментов (200).
XII. Электрические волны.................... 205
§ 93. Предварительное замечание (205). § 94. Простой электрический колебательный контур (206). § 95. Прямолинейный электрический диполь (207). § 96. Стоячие волны между двумя проводами. Система Лехера (211). § 97. Бегущие электрические волны между двумя параллельными проводами. Их скорость (214). § 98. Ток смещения диполя. Излучение свободных электрических волн (216). § 99. Скорость света (222). § 100. Волновое сопротшз- •; • ление (224). § 101. Тождественность электрических и световых волн (225). § 102- Техническое значение электрических волн (226). § 103. Получение незатухающих волн сантиметрового диапазона. Демонстрационные опыты, относящиеся к волновой оптике (226). § 104. Полые проводники (волноводы) для электрических волн (229). § 105. Чувствительность приемника волн (233). § 106. Историческое замечание (235).
ЧАСТЬ ВТОРАЯ ВЕЩЕСТВО В ПОЛЯХ И МЕХАНИЗМ ТОКОВ ПРОВОДИМОСТИ
XIII. Вещество в электрическом поле................2fi7f
§ 107. Введение. Диэлектрическая постоянная е (237). § 108. Измерение диэлектрической постоянной е (237). § 109. Три величины, производные от диэлектрической постоянной е (238).
§ 110. Различие между диэлектрическими, параэлектрическими и ферроэлектрическими веществами (239). § 111. Определение напряженности электрического поля и плотности смещения внутри вещества (241). § 112. Деполяризация (243). § 113. Величины поля в полом пространстве эллипсоидальной формы (244). § 114. Пара-электрические и диэлектрические вещества в неоднородном электрическом поле (24о). § 115. Молекулярная электрическая поляризуемость (246). § 116. Объем и' отдельной молекулы и заполнение пространства v'jv (249). § 117. Постоянный электрический момент полярных молекул (250). § 118. Зависимость диэлектрической постоянной от частоты (252). § 119. Электрострикция (254).
XIV. Вещество в магнитном поле..................255
§ 120. Введение. Проницаемость ц (255). § 121. Измерение проницаемости fi (256). § 122. Три величины, производные от проницаемости (257). § 123. Различие между диамагнитными, парамагнитными и ферромагнитными веществами (258). § 124. Определение напряженности магнитного поля и плотности магнитного потока (магнитной индукции) внутри вещества (262). § 125. Размагничивание (264). § 126. Молекулярная магнитная поляризуемость (265). § 127. Постоянный магнитный момент ш„ парамагнитных молекул (267). § 128. Магнетон (268). § 129. Измерение постоянных магнитных моментов с помощью вынужденных колебаний (269). § 129а. Вставка: частота как вспомогательная величина при косвенных измерениях (273). § 130. Вращательный импульс (спин) электрона и его постоянный магнитный момент (274). § 130а. К атомистическому истолкованию диамагнитной поляризации. Лармо-ровское вращение (276). § 131. Магнитострикция (277).
XV, Механизм несамостоятельной проводимости в газах при нормаль-
ной плотности.........................278
§ 132. Предварительное замечание (278). § 133. Механизм проводимости в модельных опытах (278). § 134. Два основных факта, касающихся процесса проводимости (281). § 135. Несамостоятельная проводимость в комнатном воздухе с видимыми носителями. Объяснение закона Ома (282). § 136. Несамостоятельная проводимость в воздухе. Ионы как носители электричества (286). § 137. Несамостоятельная ионная проводимость в комнатном воздухе. Подвижность ионов. Ток насыщения (289).
XV). Механизм тока проводимости в жидкостях..........292
§ 138. Предварительное замечание (292). § 139. Ионная проводимость в водных paciBopax (292). § 140. Заряд ионов. Закон эквивалентов Фарадея. Удельное число молекул /V (294). § 141. Закон Ома при электролитической проводимости (296). § 142. Выделение тепла в электролитическом проводнике (299). § 143. Подвижность ионов (ЗСО). § 144. Явления переноса (302). § 145. Технические применения электролиза водных растворов (304). § 146. Ионная проводимость в расплавленных солях и стеклах (305). § 147. Проводимость в жидкостях с высоким удельным сопротивлением (306).
XVM. Механизм токов проводимости в высоком вакууме.......309
§ 148. Предварительное замечание (309), § 149. Несамостоятельная проводимость в высоком вакууме (309). § 150. Атомный нес электрона по наблюдениям катодных лучей (311). § 151. Электрон-
\
ная оптика (313). § 152. Некоторые применения электронных процессов в высоком вакууме (315), § 153. Количественные данные о термической электронной эмиссии (320).
XVIII. Самостоятельная электропроводимость газов.........323
§ 154. Предварительное замечание (323). § 155. Несамостоятельный тлеющий разряд Б газах. Положительный разряд, или плазма (323). § 156. Самостоятельный тлеющий разряд в газах и «жесткий» разряд в газах (327). § 157. Применения самостоятельной проводимости газов при низких давлениях (332). ^ 158. Дуговой разряд (334). § 159. Процессы зажигания и возникновение самостоятельных разрядов (337). § 159а. Атмосферное электричество, грозы (339). § 1596. Связь между током и напряжением при самостоятельном разряде в газах (339).
XIX. Каналовые лучи и масс-спектрографы............341
§ 160. Предварительное замечание (341). § 161. Значение масс-спектрографов (341). § 162. Основы конструкции масс-спектрографов (342). § 163. Масс-спектрографы с изображением (фокусировкой) (345). § 164. Заключение (348).
яа-ч,, ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
ЧАТОМНЫЕ ЯДРА, ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ И ЭЛЕМЕНТАРНЫ!' ЧАСТИЦЫ
XX. Естественная радиоактивность.................349
§ 165. Предварительное замечание (349). § 166. Открытие естественной радиоактивности (349). § 167. Лучи, испускаемые естественными радиоактивными элементами (350). § 168. Наблюдение отдельных корпускулярных лучей и у-Фотонов (350). § 169. Определение основных атомных величин путем счета молекул (355). § 170. Превращения естественных радиоактивных атомов (356). § 171. Атомное ядро как средоточие радиоактивных процессов (360). § 172. Зависимость массы от скорости (361), § 173. Масса и энергия (363),
XXI. Принцип относительности как опытный факт.........365
§ 174. Предварительное замечание (365). § 175. Распространение звуковых волн в равномерно движущейся системе отсчета (365). § 176. Распространение электрических волн в равномерно движущихся системах отсчета (367). § 177, Преобразования Лорентца (369). § 177а. Преобразования Лорентца и наибольшая скорость сигнала (371). § 1776. Векторы электрического и магнитного полей в системах отсчета 5 и 5'(376). § 178. Преобразования Лорентца в механике (377). § 178а. Заключительное замечание (378),
XXII. Ядерные реакции и искусственная радиоактивность......379
§> 179. Предварительное замечание (379). § 180. Превращения ядер при ударах а-частиц (380). § 181. Получение, обнаружение и свойства нейтронов (381). § 182. Искусственная радиоактивность (383). § 183. Расщепление ядер (3-84). § 184. Энергетический баланс ядерных реакций (385). § 185. Технические средства
для осуществления ядерных реакций (386). § 185а. Применение искусственно-радиоактивных веществ (387). /
XXIII. Свойства атомных ядер....................389
§ 186. Массовые числа и состав ядер (389). § 187. Дефект массы и энергия связи ядер (390). § 188. Масса и атомный вес нейтрона (392). § 189. Величина и плотность ядра. Капельная модель (392). § 190. Поперечное сечение захвата, или поперечное сечение действия ядра (393). § 191. Парамагнетизм атомных ядер (394).
XXJV. Космическое излучение и элементарные частицы.......397
§ 192. Введение (397). § 193. Обработка наблюдений (398). § 194. у-фотоны (400). § 195. Сцинтилляционные спектрографы (401). § 196. Позитроны (402), § 197. Взаимопревращения элементарных частиц (403).§ 198- Реакция: у-фотон~*электрон + -j-иозитрон (403). § 199. Поглощение фотонов (405). § 200. Заряженные мезоны (406). § 201. Процессы распада и нейтрино (408). § 202. Нейтрино в излучении Солнца (409). § 203. Нейтральные л-ме-зоны (я1) (409). § 204. Л''-частицы (4]0). § 205. Антипротон (410). § 20оа. Влияние направления вращательного импульса на эмиссию элементарных частиц (411). § 20G. Взаимодействие высокоэнергетических частиц с нуклонами и атомными ядрами (412). § 207. Состав космического излучения (414). § 207а. Заключение (414).
ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ
XXV. Электропроводность твердых тел................415
§ 208. Предварительное замечание (415). §209. Общие сведения о твердых телах (415). § 210, Расположение материала и полезное указание (417).
А. Электронная проводимость в телах
с металлической связью
§ 211. Металлическая связь (418). § 212. Электропроводность металлов. Основные факты (419). § 213. Закон Ома при проводи-. мости в металлах (419). § 213а. Эффект отшнуровывания тока (линч-эффект) (421). § 214. Влияние температуры на проводимость чистых металлов (422). ^215. Остаточное сопротивление (423). §216. Удельное сопротивление сплавов (423). §217. Связь между удельной электропроводностью и удельной теплопроводностью (424). § 218. Обнаружение электронов проводимости с помощью сил инерции (425). §219. Атомистическая картина электропроводности металлов (426).'§ 220. Эффект Холла (428). § 221. Истолкование эффекта Холла. Электронные вакансии (недостающие электроны) (431). § 222. Схема уровней (зон) для металлической прозодимости(432).
В. Ионная проводимость в кристаллах с гетерополярной связью
§ 223. Гетерополярная, или ионная, связь (432). § 224. -Электропроводность в ионных кристаллах. Собственная и примесная проводимость (433). § 225. Защищенные электроды (436). -§ 226. Объяснение влияния температуры на ионную проводимость (436).
С. Электронная проводимость в кристаллах без металлической связи
§ 227. Электронная проводимость в прозрачных твердых телах (437). § 228. Электронная проводимость, создаваемая термически в ионных кристаллах (438). § 229. Гомеополярная, или валентная, связь (440). § 230. Собственная и примесная проводимость в валентных кристаллах. Полупроводники (440). § 230а. Возникновение я- и р-проводимости в кристаллах (442). § 231. Оптический п;ть создания электрических токов в кристаллах без металлической связи (внутренний фотоэлектрический эффект) (445). § 232. Нестационарные первичные фотоэлектрические токи (447). §233. Стационарные фотоэлектрические токи при ионной темповой проводимости (448). § 234. Стационарные фотоэлектрические токи при электронной темновой проводимости (450). § 235. Схема энергетических уровней для описания электронной проводимости в кристаллах без металлической связи (451). § 235а. Заключение (452).
XXVI. Электрические поля в пограничном слое двух веществ .... 454
§ 236. Предварительное замечание (454). § 237. Электризация трением двух твердых тел. Двойной слой. Контактное напряжение (454). § 238. Контактное напряжение между твердым телом и жидкостью (456). § 239. Контактное напряжение между твердым телом и смачивающей его жидкостью (456). § 240. Контактное напряжение между двумя металлами, или напряжение Гальвани (459). § 241. Работа выхода электронов из металлов (459). § 242. Изменение работы выхода под влиянием внешнего электрического поля (462). § 243. Изменение работы выхода при приближении другого металла (463). § 244. Измерение напряжения Вольты (464). § 245. Напряжение Гальвани, термоэлектрическое напряжение и эффект Пельтье (465). § 246. Химические источники тока (467). § 247. Поляризующиеся и неполяризующиеся электроды (468).
XXVII. Технические применения неметаллических электронных проводников .............................470
§ 248. Предварительное замечание (470). § 249. Кристаллические диоды (470). § 250. Кристаллические триоды (472). § 251. Полупроводниковые диоды (473). § 252. Полупроводниковые триоды (475). § 253. Кристаллические диоды как фотоэлементы (475). § 254. К объяснению термотока и эффекта Пельтье (§ 245) (477).
XXVIII. Ферромагнетизм и родственные ему явления........479
§ 255. Свойства диа-, пара- и ферромагнитных тел (479). § 256. Микроскопическое наблюдение спонтанно намагниченных областей кристалла (481). § 25ба. Магнитострикция (482). § 257. Процесс намагничивания (483). § 258. Антиферромагнетизм (486). §259. Метамагнетизм (488). §260. Ферримагнетизм, ферриты (488). § 261. Диэлектрические свойства твердых тел. Ферроэлектриче-ские вещества (490). § 262. Заключение (490).
XXIX. Сверхпроводимость.....................491
§ 263. Основные факты (491). §264. Точка скачка и известные в настоящее время сверхпроводники (491). § 265. Точка скачка для изотопов (493). ^ 266. Зависимость точки скачка от строения
решетки и побочных условий (493). § 267. Сверхпроводимость и магнитное поле (495). § 268. Критический ток и критическое магнитное поле (496). § 269. Возникновение новой фазы в точке скачка (498). § 270. Заключительное замечание (499).
ПРИЛОЖЕНИЕ
XXX. Определение электрических величин и их единиц.......500
§271. Предварительное замечание (500) § 272. Меланшеское определение электрических величин (501). § 273. Электрическое определение электрических величин (503). § 274. Определение величин, характеризующих поле, по Леблю (504). <} 275. Определение единиц ампер и вольт (505). Единицы энергии (507). Периодическая система элементов (508). Важные постоянные (,509).
Предметный указатель........................510
Цена: 150руб.
