Електричні ланцюги. Електрорушійна сила
Електричний ланцюг складається з джерела струму, споживачів електроенергії, сполучних проводів і ключа, службовця для розмикання і замикання ланцюга та інших елементів (рис. 1).
Малюнки, на яких зображені способи з’єднання електричних приладів в ланцюг, називаються електричними схемами. Прилади на схемах позначаються умовними знаками.
Як зазначалося, для підтримки в ланцюзі електричного струму необхідно, щоб на кінцях її (рис. 2) існувала постійна різниця потенціалів. Нехай в початковий момент часу, тоді перенесення позитивного заряду q з точки А в точку В призведе до зменшення різниці потенціалів між ними. Для збереження постійної різниці потенціалів необхідно перенести точно такий же заряд з B в A. Якщо у напрямку А В заряди рухаються під дією сил електростатичного поля, то в напрямку В А переміщення зарядів відбувається проти сил електростатичного поля, тобто під дією сил неелектростатіческой природи, так званих сторонніх сил. Ця умова виконується в джерелі струму, який підтримує рух електричних зарядів. У більшості джерел струму рухаються тільки електрони, в гальванічних елементах – іони обох знаків.
Джерела електричного струму можуть бути різні за своєю конструкцією, але в будь-якому з них відбувається робота з розділення позитивно і негативно заряджених частинок. Розділення зарядів відбувається під дією сторонніх сил. Сторонні сили діють лише всередині джерела струму і можуть бути обумовлені хімічними процесами (акумулятори, гальванічні елементи), дією світла (фотоелементи), що змінюються магнітними полями (генератори) і т. д.
У джерелі струму в процесі роботи з розділення заряджених частинок відбувається перетворення механічної, світлової, внутрішньої і т. п. енергії в електричну. Розділені частинки накопичуються на полюсах джерела струму (місця, до яких за допомогою клем або затискачів під’єднують споживачі). Один полюс джерела струму заряджається позитивно, інший – негативно. Між полюсами джерела струму створюється електростатичне поле. Якщо полюса джерела струму з’єднати провідником, то в такій електричного кола виникає електричний струм. При цьому характер поля змінюється, воно перестає бути електростатичним.
На малюнку 3 схематично у вигляді сферичного провідника зображена негативна клема джерела струму і перетин приєднаного до неї кінця металевого дроту. Пунктиром показані деякі лінії напруженості поля клеми до внесення до нього дроти, а стрілками – сили, що діють на вільні електрони дроти, що знаходяться в точках, позначених цифрами. Електрони в різних точках поперечного перерізу проводу під дією кулонівських сил поля клеми набувають рух не тільки уздовж осі проводу. Наприклад, електрон, що знаходиться в точці 1, виявляється залученим в “струмове” рух. Але поблизу точок 2, 3, 4, 5 електрони мають можливість накопичуватися на поверхні проводу. Причому поверхневий розподіл електронів по довжині дроту не буде рівномірним. Отже, підключення проводу до клеми джерела струму призведе до того, що деякі електрони почнуть рухатися уздовж дроту, а частина електронів буде накопичуватися на поверхні.
Нерівномірний розподіл електронів на його поверхні забезпечує нееквіпотенціальность цієї поверхні, наявність складових напруженості електричного поля, спрямованих уздовж поверхні провідника. Це поле перерозподілених електронів самого провідника і забезпечує впорядкований рух інших електронів. Якщо розподіл електронів по поверхні провідника з плином часу не змінюється, то таке поле називають стаціонарним електричним полем. Таким чином, головну роль у створенні стаціонарного електричного поля грають заряди, що знаходяться на полюсах джерела струму. При замиканні електричного кола взаємодія саме цих зарядів з вільними зарядами провідника приводить до появи на всій поверхні провідника не компенсуються поверхневих зарядів. Саме ці заряди створюють стаціонарне електричне поле всередині провідника по всій його довжині. Це поле всередині провідника однорідне, і лінії напруженості спрямовані уздовж осі провідника (рис. 4). Процес встановлення електричного поля уздовж провідника відбувається зі швидкістю c ~ 3 – 108 м / с.
Як і електростатичне поле, воно потенційно. Але між цими полями є істотні відмінності:
Електростатичне поле – поле нерухомих зарядів. Джерелом стаціонарного електричного поля є рухомі заряди, причому загальне число зарядів і картина їх розподілу в даному просторі з часом не змінюються;
електростатичне поле існує поза провідника. Напруженість електростатичного поля завжди дорівнює 0 всередині обсягу провідника, а в кожній точці зовнішньої поверхні провідника спрямована перпендикулярно до цієї поверхні. Стаціонарне електричне поле існує і поза і всередині провідника. Напруженість стаціонарного електричного поля не дорівнює нулю всередині обсягу провідника, а на поверхні і всередині обсягу маються складові напруженості, що не перпендикулярні до поверхні провідника;
потенціали різних точок провідника, по якому проходить постійний струм, різні (поверхня і об’єм провідник не еквіпотенційної). Потенціали всіх точок поверхні провідника, що знаходиться в електростатичному полі, однакові (поверхня і об’єм провідника еквіпотенційної);
електростатичне поле не супроводжується появою магнітного поля, а стаціонарне електричне поле супроводжується його появою і нерозривно з ним пов’язане.
(2 votes, average: 3.50 out of 5)