«Швидкість електричного струму» і швидкість руху носіїв заряду

Уявімо собі дуже довгий ланцюг струму, наприклад телеграфну лінію між двома містами, віддаленими один від іншого, скажімо, на 1000 км. Ретельні досліди показують, що дії струму в другому місті почнуть проявлятися, т. Е. Електрони в що знаходяться там провідниках почнуть рухатися, приблизно через секунди після того, як почалося їх рух по проводах в першому місті. Часто говорять не дуже строго, але дуже наочно, що струм поширюється по дротах зі швидкістю 300 000 км / с.

Це, однак, не означає, що рух носіїв заряду в провіднику відбувається з цією величезною швидкістю, так що електрон або іон, що знаходився в нашому прикладі в першому місті, через секунди досягне другого. Зовсім ні. Рух носіїв в провіднику відбувається майже завжди дуже повільно, зі швидкістю кілька міліметрів в секунду, а часто і ще меншою. Ми бачимо, отже, що потрібно ретельно розрізняти і не змішувати поняття «швидкість струму» і «швидкість руху носіїв заряду».

Щоб розібратися в тому, що, власне, ми маємо на увазі, говорячи про «швидкості струму», повернемося знову до досвіду з періодичною зарядкою і розрядкою конденсатора, зображеному на рис. 70, але уявімо собі, що дроти в правій частині цього малюнка, через які розряджається конденсатор, дуже довгі, так що лампочка або прилад для виявлення струму знаходяться, скажімо, на відстані в тисячу кілометрів від конденсатора. У той момент, коли ми ставимо ключ вправо, починається рух електронів в ділянках проводів, прилеглих до конденсатора. Електрони починають стікати з негативною обкладки; одночасно, внаслідок індукції, повинен зменшуватися і позитивний заряд на обкладанні, т. е. електрони повинні притікати до обкладанні з сусідніх ділянок дроти: заряд на обкладинках і різниця потенціалів між ними починає зменшуватися.

Але переміщення електронів, що відбулася у ділянках проводів, що безпосередньо прилягають до обкладкам конденсатора, призводить до появи додаткових електронів (в ділянці близько) або до зменшення їх числа (в ділянці близько). Це перерозподіл електронів змінює електричне поле в сусідніх ділянках ланцюга, і там також починається рух електронів. Зазначений процес захоплює все нові і нові ділянки ланцюга, і коли, нарешті, рух електронів почнеться в волосині віддаленої лампочки, воно проявиться в розжарюванні волоска, (спалаху). Зрозуміло, що абсолютно аналогічні явища мають місце і при включенні будь-якого генератора струму.

Таким чином, почалося в одному місці рух зарядів через зміну електричного поля поширюється по всьому ланцюгу. Одні за іншими все більш віддалені носії заряду залучаються в цей рух, і ця передача дії від одних зарядів до інших і відбувається з величезною швидкістю (близько 300 000 км / с). Інакше можна сказати, що електричне дія передається від однієї точки ланцюга до іншої з цією швидкістю або що з цією швидкістю поширюється вздовж проводів зміна електричного поля, що виникло в якомусь місці ланцюга.

Таким чином, та швидкість, яку ми для стислості називаємо «швидкістю струму», – це швидкість поширення уздовж провідника змін електричного поля, а аж ніяк не швидкість руху в ньому носіїв заряду.

Пояснимо сказане механічної аналогією. Уявімо собі, що два міста з’єднані нафтопроводом і що в одному з цих міст почав працювати насос, що підвищує в цьому місці тиск нафти. Це підвищений тиск буде поширюватися по рідини в трубі з великою швидкістю – близько кілометра в секунду. Таким чином, через секунду почнуть рухатися частинки на відстані, скажімо, 1 км від насоса, через дві секунди – на відстані 2 км, через хвилину – на відстані 60 км і т. Д. Через приблизно чверть години почне витікати з труби нафту в другому місті. Але рух самих частинок нафти відбувається значно повільніше, і може пройти кілька діб, поки якісь певні частинки нафти дійдуть від першого міста до другого. Повертаючись до електричного струму, ми повинні сказати, що «швидкість струму» (швидкість поширення електричного поля) аналогічна швидкості поширення тиску по нафтопроводу, а «швидкість носіїв» аналогічна швидкості руху частинок самої нафти.

Посилання на основну публікацію