Умови існування постійного електричного струму в ланцюзі

Обговоримо, за яких загальних умовах можна створити пристрій, в якому тривалий час може існувати електричний струм.

Перше обов’язкова умова – наявність провідників, так як заряджені частинки можуть рухатися тільки в провідниках. Якщо провідне тіло помістити в електричне поле, то під його дією вільні заряджені частинки прийдуть в руху, тобто з’явиться електричний струм (рис. 294). Однак рух цих частинок призведе до появи індукованих зарядів, які, у свою чергу, призведе до виникнення електричного поля, яке повністю компенсує зовнішнє поле, тому електричний струм припиниться дуже швидко. Отже, для підтримки електричного струму в провіднику необхідно постійно переносити заряди з одного боку провідника на іншу. Іншими словами необхідно створити замкнений проводить контур, по якому може циркулювати постійний струм. Обов’язковість наявності замкнутого контуру також обгрунтовується законом збереження електричного заряду. Для того щоб переносити заряди з одного боку розглянутого провідника на іншу необхідно постійно здійснювати роботу проти сил електричного поля. Тобто в контур необхідно включити пристрій, що робить цю роботу. Відразу зауважимо, що зазначена робота не може бути здійснена електростатичним полем! Так як електростатичне поле потенційно, то робота сил підлогу по переміщенню зарядів по будь-якому замкнутому контуру дорівнює нулю. Тому спроби придумати таке розташування зарядів, яка створює електростатичне поле, що забезпечує існування постійного струму, приречені на невдачу. Отже, згадане пристрій для переносу зарядів проти сил електростатичного поля (назвемо його джерелом або генератором струму), повинно переносити заряди за допомогою будь-яких сил, крім електростатичних. Сторонні сили не повинні бути потенційними, так робота цих сил по замкнутому контуру повинна бути позитивна, тобто, відмінна від нуля.

Можна також говорити, що джерело струму повинен розділяти електричні заряди, переносячи заряди одного знака на один полюс джерела, а заряди іншого знака на другий. При появі зарядів на полюсах джерела всередині його створюється електричне поле, щоб продовжити розділення зарядів необхідно здійснювати роботу з подолання сил цього поля.

Сили, які вчиняють роботу по перенесенню електричних зарядів проти сил електростатичного поля, називаються сторонніми силами. Природа сторонніх сил може бути самою різною, ці сили можуть виникати в результаті протікання хімічних реакцій (в гальванічних елементах і акумуляторах), вони можуть виникати при зміні магнітного поля (в електромагнітних генераторах), в фотоелементах розділення зарядів відбувається під дією світла і т.д .

Тут доречно провести аналогію з рухом в’язкої рідини по трубах. Для того, щоб рідина текла по трубі, до неї постійно необхідно прикладати зовнішню силу для подолання сил в’язкості. В якості такої сили може виступати, наприклад, сила тяжіння. Для підтримки постійного струму рідини необхідно створити замкнутий контур, в який слід включити насос, що здійснює роботу по підйому рідини, тобто роботу проти сил тяжкості. Таким чином, джерело струму в електричному ланцюзі грає ту ж роль, що і насос у водопровідному контурі.

Посилання на основну публікацію