ЭЛЕКТРИЧЕСТВО (от греч. elektron — янтарь) — определённое состояние материи, характеризующееся силами взаимодействия, называемыми электрическими силами. Согласно современным представлениям, электричество является составной частью атомов всех тел. Первые наблюдения над действием электрических сил (притяжение лёгких предметов натёртым янтарём) были сделаны Фалесом Милетским в Греции за 600 лет до хр. э. Дальше, однако, развитие учения об Э. не продвигалось до появления в 1600 книги Джильберта: «О магните, магнитных телах и великом магните земли». Джильберт показал, что свойствами, аналогичными янтарю, обладает ряд других тел (в соврем. терминологии — диэлектриков, или изоляторов): сургуч, сера, стекло и др., причём одни тела, будучи наэлектризованными, взаимно притягиваются, другие отталкиваются; он же установил принципиальное отличие электрич. сил от магнитных. Джильберт ввёл и самый термин «Э.». Для объяснения этих явлений Джильберт предположил, что в телах имеется нек-рая специфическая электрич. субстанция (вещество), выходящая из них при трении и обусловливающая наблюдаемые притяжения и отталкивания.
Точка зрения Джильберта нашла подтверждение в работах Стефана Грея, показавшего в 1729, что заряд можно переносить с одного тела на другое. В дальнейшем развитии этой идеи наметились две противоположные точки зрения: дуалистическая (Дюфе, 1733—37) и унитарная (Ватсон, 1746, и независимо от него Франклин, 1747) теории Э. Согласно первой из них, существуют два различных рода Э. («стеклянное» и «смоляное» Э., возникающие при натирании стекла и смолы), причём частицы каждого из них притягивают частицы другого и отталкивают частицы того же самого Э. Этим и объясняется (по Дюфе) притяжение разноимённо заряжённых тел и отталкивание одноимённо заряжённых. Унитарная теория допускала существование только одного рода Э., отождествлённого Франклином со «стеклянным» электричеством Дюфе. Избыток его в теле по сравнению с нормальным количеством означает положительный заряд, а отрицательный заряд («смоляное» электричество Дюфе) есть недостаток Э. против нормы. При электризации тел Э. переходит с одного тела на другое, общее же его количество остаётся неизменным. Это и есть сформулированный Франклином закон сохранения заряда. Для объяснения электрич. притяжений и отталкиваний по этой теории нужно было предположить, что частицы Э. отталкивают друг друга и притягивают частицы обычной материи. Обе теории — дуалистическая и унитарная — одинаково хорошо объясняли всю совокупность известных к тому времени фактов.
Другим чрезвычайно важным вопросом — о способе передачи действия заряжённых тел в окружающее пространство — занимался ещё Джильберт, к-рому понятие действия на расстоянии было совершенно чуждо. С точки зрения Джильберта и его последователей, материя не может действовать там, где её нет. Поэтому передача электрич. сил объяснялась, до Эпинуса, особого рода колебаниями частиц Э., исходящего из тел и образующего вокруг них своеобразную атмосферу. Эпинус, основываясь на опытах Грея и своих, отверг гипотезу о существовании такой электрической атмосферы и сформулировал теорию действия на расстоянии, т. е. непосредственной передачи действия от одного тела к другому без участия промежуточной материальной среды.
Обширные исследования в области учения об Э. принадлежат гениальному русскому учёному М. В. Ломоносову. В докладе, представленном им в 1753 в Российскую Академию наук под названием «Слово о явлениях воздушных, от Електрической силы происходящих, предложенное от Михайла Ломоносова», он описывает свои опыты по атмосферному Э. и излагает первую теорию образования атмосферного Э. В 1756 Ломоносов начал писать выдающийся труд под названием «Теория електричества, разработанная математическим путём», в к-ром он развивает взгляд на Э. как на быстрое вращательное движение частичек эфира. К сожалению, работы Ломоносова были мало известны за границей. Поэтому в учении об Э., несмотря на ряд важных открытий, господствовала ложная гипотеза, согласно к-рой Э. есть особая невесомая жидкость.
Следующим важным шагом явилось открытие количественного закона взаимодействия двух зарядов, к-рый оказался тождественным с законом притяжения двух масс (законом всемирного притяжения Ньютона). Впервые эту идею высказал в 1767 знаменитый химик Пристлей. Затем самостоятельно к тому же закону пришёл Генри Кавендиш и, наконец, в 1785 Кулон с помощью крутильных весов подверг его экспериментальной проверке и показал, что сила взаимодействия двух зарядов обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Этот закон Кулона (под таким названием он вошёл в историю) подготовил базу для математической разработки учения о электричестве Пуассоном (в 1812).
Таким образом, к началу 19 в. были созданы основные концепции Э., изучены важнейшие явления электростатики и дана её матаматич. разработка. В последующие годы внимание было отвлечено от этих вопросов и, в частности, от вопроса о роли промежуточной среды в передаче электрич. сил. Открытие гальванических элементов обнаружило для исследователей обширную область явлений, связанных с постоянным электрическим током. В центре внимания становятся процессы, происходящие в самих телах. Важнейшие моменты этого этапа учения об Э. таковы: впервые возникновение тока при соприкосновении металлов с жидкостями подметил (хотя и неправильно истолковал его) Гальвани в 1780. Его опыты получили иное освещение в 1792 в работах Вольта, к-рый изучил явления возникновения электродвижущей силы при соприкосновении различных веществ, построил первые гальванич. элементы (вольтов столб) и впервые ясно сформулировал понятие об электрич. токе. Непосредственно после опубликования работ Вольта в 1800 Никольсон и Карлейль открыли явления электролиза, в частности разложение воды электрич. током. Это привлекло внимание к химич. процессам, происходящим в гальванич. элементе, и дало Дэви возможность построить теорию их. Дэви же высказал и глубокую идею об электрич. природе химического сродства.
В 1822 Зеебек открыл термоэлектрич. явления (см. Термоэлектричество). Малая величина получаемых при этом сил тока заставила заняться вопросом о связи между различными комбинациями элементов в батарее и получающимися при этом силами токов. После ряда неудачных попыток вопрос был разрешён Омом, установившим понятие о напряжении и закон пропорциональности силы тока и напряжения. Закон Ома имел чрезвычайно большое значение в развитии учения о токе. В это же время (1819—20) было сделано и другое открытие, имевшее неисчислимые теоретич. и практич. последствия и снова поставившее вопрос о связи между зарядом в теле или током и изменениями окружающего пространства. Эрстедт обнаружил влияние тока на находящуюся поблизости магнитную стрелку (количественные законы этого взаимодействия были установлены Био и Саваром). Почти одновременно Ампер обнаружил и изучил механические (пондеромоторные) взаимодействия двух токов.
Эти блестящие открытия, создавшие основы электродинамики, подготовили почву для работ Фарадея. Исходной точкой их являлось убеждение в тождественности статического и движущегося Э. Все известные проявления Э. могут быть одинаково получены с Э., добытым путём трения, и с Э., получаемым при помощи гальванич. элемента. В поисках аналогии с явлением электростатич. индукции Фарадей обнаружил, что ток в одном проводнике действительно вызывает в другом близлежащем наведённый или индуцированный ток, но что последний является очень кратковременным и возникает лишь при замыкании или размыкании первичного тока. Таким образом, индуцированный ток определяется не существованием первичного, а его изменением. Для объяснения этого явления Фарадей стал изучать более внимательно магнитное поле, окружающее постоянный магнит или ток. При этом он систематически пользовался картиной силовых линий и трубок (см. Силовое поле), наглядное представление о к-рых дают располагающиеся правильными рядами вблизи магнита железные опилки (рис. см. при ст. Магнетизм). Если грубо представлять себе эти линии чем-то вроде пружинок, стремящихся сокращаться и отталкивающих друг друга, то они дают чрезвычайно наглядное представление о силах, действующих в поле. Применяя эту картину к открытому им явлению электромагнитной индукции, Фарадей показал, что во всех случаях индуцированный ток возникает только при относительном движении проводника и линий магнитного поля и что сила его определяется числом линий, пересечённых проводником при этом движении. Фарадей не высказывается по поводу того, какова природа этих линий, какие материальные изменения в окружающей среде соответствуют им, но самая его точка зрения, переносившая центр тяжести на процессы, происходящие в пространстве между электрич. зарядами, наносила удар господствовавшей теории дальнодействия. Дальнейшее важное развитие учение об индукции токов получило в работах профессора Петербургского университета Э. X. Ленца, к-рый обосновал т. н. «правило Ленца».
Другой важнейшей заслугой Фарадея является установление основного количественного закона электролиза — закона электрохимич. эквивалентов. Развивая в этой области идеи Дэви, Фарадей пришёл к заключению, что Э., проходящее через электролит, тождественно с тем, к-рым обладают сами атомы электролита, и что, т. о., существует известное количество Э., связанное с каждым атомом материи. В связи с работами по электролизу находятся и исследования Фарадея, относящиеся к влиянию электрич. поля на диэлектрики. Фарадей развивает идеи Дэви о поляризации диэлектриков, вводит понятие о диэлектрич. постоянной и чётко формулирует основное различие между проводниками и диэлектриками. Для этого цикла идей характерна та же тенденция к изучению вопроса о передаче действия Э. в связи с взаимодействиями отдельных частиц окружающей среды. Та же тенденция проявляется и в введённых Фарадеем линиях электрич. поля, аналогичных линиям магнитного поля. С их помощью Фарадей объясняет явления электрич. притяжения и отталкивания. Таким образом, в обоих кардинальных пунктах учения об Э. — в вопросе о связи Э. и вещества и в вопросе о передаче электрич. действий — идеи Фарадея предопределили современное развитие науки.
Эти идеи не были в полной мере восприняты и оценены современниками Фарадея, т. к. в середине 19 в. в центре внимания учёных находились работы физиков-теоретиков, к-рые, оставаясь на базе старой теории действия на расстоянии через пустоту, построили здание математич. теории Э.
Идеи Фарадея были развиты далее и облечены в математич. форму Максвеллом. Исходя из идеи Фарадея, что электростатические и электродинамич. притяжения и отталкивания обусловлены своего рода давлением, к-рое заряжённое тело производит на окружающую его среду, постепенно — от точки к точке — изменяющуюся при этом, Максвелл сумел найти количественные законы, связывающие магнитное и электрич. поле. Физический смысл этих законов сводится к следующему: как всякий ток окружён кольцеобразно замкнутыми линиями магнитного поля, так и всякое переменное магнитное поле оказывается окружённым кольцеобразно замкнутыми линиями электрического поля, охватывающими магнитные линии и вызывающими ток (индуцированный ток Фарадея) в проводнике, помещённом в область этого переменного магнитного поля. Представление о магнитном поле, окружающем ток, Максвелл распространил далее на случай переменного поля в диэлектрике. Мысль о поляризации диэлектриков, подверженных действию заряжённых тел, т. е. о небольших смещениях зарядов в диэлектрике под влиянием электрич. поля, была высказана ещё Дэви и Фарадеем. Развивая её, Максвелл создал представление о «токе смещения». Если поместить пластинку диэлектрика между двумя металлич. пластинками и быстро перезаряжать последние, чтобы попеременно то одна, то другая заряжались положительно, то возникающие колебания зарядов образуют «ток поляризации», окружённый линиями магнитного поля подобно обычному «току проводимости». Такие же линии магнитного поля возникают и при отсутствии диэлектрика между металлич. пластинами, т. е. при возникновении переменного электрич. поля в «пустоте». Согласно законам Максвелла магнитное поле возникает не только вокруг движущихся зарядов, но и в пространстве, где имеет место изменение электрич. сил. Таким образом, изменение электрического поля вызывает изменение магнитного поля и наоборот (законы магнито-электрической и электромагнитной индукции).
Возникающее в нек-ром месте нарушение электрич. равновесия должно, т. о., по Максвеллу, распространяться в окружающее пространство в виде переменного электромагнитного поля. Исследуя математически этот процесс, Максвелл получил для распространения электрических и магнитных сил (электромагнитные волны) те же законы, какие Френель нашёл для распространения световых волн, и показал, что скорость распространения этих электромагнитных волн равна скорости света. Это открытие составило основу электромагнитной теории света, отождествившей световые и электромагнитные волны (см. Свет). В связи с господствовавшей в то время теорией световых волн как волн в особой упругой субстанции — эфире, заполняющем всё мировое пространство, Максвелл сделал попытку создания механич. модели эфира, к-рая могла бы объяснить законы электродинамики с точки зрения механич. движений частиц эфира. Однако ни эта, ни многочисленные другие предшествовавшие и последующие модели эфира не привели к цели, и сведение электродинамики к механике эфира оказалось невозможным.
Открытия 1-й половины 19 в. подготовили почву для применения учения об Э. к ряду важнейших технич. проблем и многообразнейших приложений электрич. явлений в технике. В 1802 русский физик Петров открыл вольтову дугу, к-рая была применена для целей электрического освещения (1876) русским физиком Яблочковым. В 1834 русским академиком Якоби был сконструирован первый практически применимый электродвигатель, к-рый приводил в движение на Неве бот с 12 пассажирами. Теория электромагнитных волн, развитая дальше рядом учёных, среди к-рых особенно нужно отметить Г. Герца, лежит в основе техники радио, изобретённого русским физиком Поповым. Выдающийся русский физик А. Г. Столетов провёл весьма большой важности исследования по намагничиванию железа. Эти работы имеют исключительно большое значение при конструировании и расчётах электрических машин и аппаратов. Все эти исследования и изобретения дали начало современной электротехнике, радиотехнике, технике проволочной связи, светотехнике и т. д.
В последующем развитии учения об Э. особенно важную роль играло систематич. изучение явлений, связанных с электрич. током в жидкостях и газах, приведшее к установлению атомистич. взглядов на природу Э. и выяснению строения атомов материи. Ряд работ Гитторфа, Крукса и др. показал, что в катодных лучах мы имеем поток быстро несущихся частиц с отрицательным зарядом.
Дальнейшие исследования Ленарда, Дж. Томсона и др. позволили определить массу и заряд каждой из этих частиц. Оказалось, что заряд их одинаков и равен 4,774⋅10−10 электростатич. единиц, а масса в 1.800 раз меньше массы самого лёгкого из атомов — водорода — и меняется в зависимости от скорости частицы. Удалось показать, что вся масса этой частицы имеет электромагнитное происхождение. Таким образом, в катодных лучах мы имеем поток атомов отрицательного Э., для к-рых Стоней предложил в 1891 название электрон. Работами Герца, Гальвакса и особенно выдающегося русского физика А. Г. Столетова были исследованы важнейшие законы фотоэлектричества.
Развитие учения об электрич. природе материи послужило поводом для нек-рых буржуазных физиков и философов к критике материализма. Эти ошибочные взгляды были опровергнуты В. И. Лениным (см. «Материализм и эмпириокритицизм»). В. И. Ленин показал, что ошибка заключалась в смешении идеалистами физического и философского понятия материи.
Установление атомистических взглядов на электричество заставило прежде всего пересмотреть с точки зрения электронной теории всё здание классической электродинамики (Г. Лоренц и др.). С другой стороны, электронная теория легла в основу соврем. теории атома. Работы Резерфорда показали, что атом представляет собой сложную систему, состоящую из положительно заряжённого центрального ядра и обращающихся вокруг него наподобие планет электронов. Развитие теории квант и атомная модель Бора необычайно расширили представления об этой системе. Химические свойства тел и природа химич. связей оказались в теснейшей связи с числом электронов в атоме и расположением электронных орбит. В ходе этого развития вскрылись резкие противоречия между волновыми (непрерывными) представлениями классической электродинамики (Фарадея — Максвелла) и корпускулярными (дискретными) представлениями теории квант. Синтез этих противоречий и создание единой картины мира возможны на основе новой квантовой механики и электродинамики.
Из открытий последних лет, имеющих огромное принципиальное значение, нужно особо отметить открытие позитрона — положительного электрона, нейтрона — элементарной незаряжённой частицы материи, мезотрона — тяжёлого электрона с массой, равной примерно 200 массам обычного электрона, причём обнаружены мезотроны как положительные, так и отрицательные. В наст. время можно уже считать установленным, что нейтрон является элементарной частицей и не может быть сведён к комбинации протонов и электронов. Таким образом, если ещё несколько лет назад мы могли считать первичными частицами лишь частицы Э., то теперь мы возвращаемся, в известном смысле, снова к представлениям, утверждающим, что атомы всех веществ построены из частиц Э. и частиц нейтральной, неэлектрической, материи. Становится всё более ясным, что и элементарный электрич. заряд, к-рый до последних лет рассматривался как неизменный атрибут материи, присущ лишь нек-рым видам материи и, как и все состояния материи, может при известных условиях испытывать превращения в другие формы материи.