ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

СИЛА ТОКА И НАПРЯЖЕНИЕ

Повернём выключатель. Над столом загорается элек­трическая лампочка. Второй поворот выключателя — и лампочка гаснет. Задумывались ли вы когда-нибудь над тем, почему это происходит?

Многие, вероятно, скажут, что тут и думать-то нечего. Почти каждый видел разобранный выключатель и знает,

Так, часто говорят: «включить ток», «выключить ток». Но что это значит? Мы знаем, что электрический ток в металле — это упорядоченное движение свободных элек­тронов. Но свободные электроны в нити лампы имеются и тогда, когда электрическая цепь разорвана, когда лам­почка «выключена». Ведь свободные электроны имеются в любом куске металла. Значит, отсутствие тока в лам­почке при таком положении выключателя, как это изо­бражено на рисунке 13, вызвано не тем, что в её нити нет электронов, а тем, что движение электронов здесь неупо­рядоченное, хаотическое. А не упорядочено движение потому, что в нити лампочки нет электрического поля.

Когда мы вкручиваем лампочку в патрон при разом­кнутом выключателе, то при этом один конец нити лам­почки соединяется с одним из проводов, протянутых в нашу квартиру от электростанции, а второй конец нити присоединяется к проводу, идущему к выключателю, где цепь разорвана (рис. 13). В течение очень малого вре­мени, значительно меньшего, чем секунда, через нить идёт «мгновенный» электрический ток, но затем электрическое поле заряда, накопляющегося на конце провода в месте обрыва цепи, уравновешивает внешнее поле (поле, созданное генератором). Электрическое поле в лампе и в подводящих к ней проводах исчезает, а поэтому исчезает и ток.

Значит, в «выключенной» лампочке нет тока потому, что в нити её нет электрического поля.

Как только мы поворачиваем выключатель, заряд с места, где прежде был обрыв цепи, уходит по второму проводу в генератор, стоящий на электростанции. В лам­почке и в подводящих к ней проводах появляется электри­ческое поле, которое приводит электроны в упорядоченное движение. Так возникает электрический ток.

Таким образом, поворачивая выключатель, мы «вклю­чаем», по сути дела, не ток, а поле.

Итак, причиной создания и поддержания электриче­ского тока служит электрическое поле. Ясно, что вели­чина тока, или, как обычно говорят, сила тока, должна зависеть от величины поля. Чтобы понять, как зависит ток от поля, надо уметь характеризовать ток и поле количественно.

Сила тока—это одно из многих неудачных названий в учении об электричестве, данных ещё тогда, когда яс­ного понимания того, что такое ток, не было. Это вовсе не с и л а в обычном понимании этого слова, а количе­ство электричества, протекающее через поперечное сечение провода за одну секунду. Её можно было бы вы­ражать просто числом электронов, пролетающих через сечение проводника в секунду. Но заряд электрона — слишком малая величина для измерения токов, приме­няемых в технике. Например, через сечение нити лам­почки карманного фонаря проходит в секунду около 2 ООО ООО ООО ООО ООО ООО электронов. В качестве единицы электрического заряда принят заряд, которым обладают 6 250 000 000 000 000 000 электронов. Этот заряд назы­вается кулоном. За единицу силы тока принят такой ток, при котором за секунду через сечение проводника проходит заряд в один кулон. Эта единица силы тока называется ампером, а приборы для измерения силы тока — амперметрами.

Чтобы найти количественную зависимость тока от поля, надо уметь измерять не только силу тока, но и вели­чину поля.

Поле правильнее всего было бы характеризовать силой, действующей на какой-нибудь определённый электриче­ский заряд, например на один электрон или на один ку­лон. Ведь именно существование этих сил и характерно для поля. Но, не говоря уже о трудности измерения сил внутри провода, это неудобно ещё и по другой причине. Ведь в разных точках проводника поле может быть не­одинаковым. Значит, чтобы знать, каково поле в провод­нике, надо было бы измерить силы в разных точках его, то-есть для каждого куска провода проводить множество труднейших измерений.

Поэтому величину поля в проводнике принято харак­теризовать не силой, которая действует в нём на электри­ческие заряды, а той работой, которую эта сила совер­шает, перемещая один кулон электричества от одного конца проводника до другого. Эта работа поля при пере­мещении им единичного заряда по проводнику назы­вается напряжением, или разностью потен­циалов поля на концах проводника.

Единицу напряжения называют вольтом, а при­боры, измеряющие напряжение, — вольтметрами.

О силе тока и о напряжении слышал каждый, кто имеет дело с электрическими приборами. Теперь должно быть ясно, почему электрический ток характеризуют не одной, а двумя величинами. Только одна из них — сила тока — относится непосредственно к току, напряжением же измеряется величина электрического поля, создаю­щего ток.

Ток создаётся полем. Значит, сила тока в проводнике зависит от напряжения поля на концах его.

На рисунке 12 мы видим амперметр и вольтметр, вклю­чённые в цепь электрической дуги. Амперметр включён непосредственно в цепь: ток, идущий через дугу, проходит и через амперметр. Мы видим, что он равен пяти амперам. Вольтметр присоединён к зажимам дуги. Он показывает, что напряжение поля между углями в элек­трической дуге 55 вольт.

Амперметр всегда включается непосредственно в цепь. При этом ток, идущий в цепи, идёт и через амперметр и измеряется им. Вольтметр не включается в цепь. Его присоединяют к концам какого-либо участка цепи, чтобы измерить напряжение поля между ними.