Глава сьома. Постійний електричний струм

У провідниках струму є велика кількість хаотичнорухомих вільних заряджених частинок - електронів, іонів. Якщо ці частки змусити крім хаотичного руху ще рухатися в цілому у вигляді спрямованого потоку, то вийде електричний струм. В електричних ланцюгах частки, що утворюють тек, наводяться в спрямований рух електричним полем, яке створює джерело струму в проводах ланцюга внаслідок наявності на його полюсах різниці потенціалів. Електричне поле всередині і навколо нерухомого провідника з постійним струмом називається стаціонарним електричним полем.

Спостерігати таке поле можна на наступному досвіді. У проекційної ванні є тонкий шар прозорого рідкого діелектрика, в якому знаходяться дрібно нарізані волоски і дві паралельні вологі палички (рис. 72, а). Приєднаємо провідники (палички) до джерела напруги (до кульок електрофорної машини). Волоски починають рухатися і розташовуються, створюючи картину електростатичного поля заряджених провідників, в якому лінії напруженості нормальні до поверхні провідників (рис. 72, б). Замкнемо ланцюг у ванні дерев'яною паличкою А (рис. 72, в). У провіднику і навколо нього утворюється стаціонарне електричне поле. Під його дією виникає струм, і вид колишнього поля змінюється. Порівнюючи картину електростатичного та стаціонарного полів, бачимо, що * між ними є відмінність:

1. Лінії напруженості електростатичного поля зарядженого провідника перпендикулярні до поверхні провідника, а стаціонарного поля поза провідника - прихилялися в напрямку струму (рис. 72, г). Виявити стаціонарне електричне поле поза провідника такими прийомами, як виявляється електростатичне поле зарядів гільзою, не можна через малу напруженості першого. Усередині прямолінійного провідника стаціонарне поле однорідне (його лінії напруженості спрямовані уздовж провідника), всередині криволінійного - неоднорідне.
2. У будь-якій точці стаціонарного поля є напруженість, на що вказує наявність струму в ланцюзі.
3. Потенціал поля всередині провідника і на його поверхні зменшується в напрямку руху струму. У цьому можна переконатися на такому досвіді (рис. 73). Привівши в дію електрофорна машину, отримаємо в ланцюзі з шпагату (потертого вологою ганчірочкою) електричний струм. Почнемо електрометрії, дотичний стрижнем, зі шпагатом, пересувати уздовж ланцюга. Бачимо, що потенціал в різних точках ланцюга різний. У кульки А він був найбільшим, при переміщенні до середини У довжини шпагату поступово зменшувався, в точці В став рівним нулю, а потім почав по абсолютній величині збільшуватися, маючи знак мінус. Потенціал зменшується уздовж зовнішньої ланцюга від точки до точки в напрямі струму.
4. Вільні заряджені частинки, що утворюють струм, рухаються безперервним рівномірним потоком і ніде не накопичуються і не зникають. На це вказує сталість струму в ланцюзі.
5. Стаціонарне поле всередині провідника з постійним струмом і магнітне поле навколо нього утворюють електромагнітне поле.
6. При проходженні струму по провіднику поверхню останнього заряджена. В процесі проходження струму заряди на поверхні провідника безперервно оновлюються.
7. Для підтримки електростатичного поля енергію витрачати не треба, а для підтримки стаціонарного електричного поля необхідна безперервна витрата енергії джерела струму, так як енергія стаціонарного поля за допомогою електричного струму перетворюється в інші види енергії (механічну, внутрішню).
8. Стаціонарне електричне поле (як і електростатичне) - потенційне.

Від точки до точки провідника поширення електричного поля, а отже, і процес спрямованого руху заряджених частинок, що утворюють струм, відбувається зі швидкістю світла, а спрямований рух цих частинок відбувається з дуже малими швидкостями. Наприклад, коли по мідному дроту перетином 1 мм2 йде струм 1 а, електрони, що утворюють струм, рухаються зі швидкостями порядку 0,07 мм / сек.