Электрический ток. Физика

Вы уже знаете, что заряженные тела (или, говоря коротко, заряды) в электрическом поле обладают энергией, которая может быть превращена в другие виды энергии: тепловую, световую или кинетическую, как, например, в опыте с комочком ваты (см. §8-е). Во время любого из таких превращений обязательно есть электрический ток. Дадим ему определение.
Электрический ток – это направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц: электронов и/или ионов.

Например, в опыте с дисками и комочком ваты происходило направленное движение электронов: с нижнего диска на верхний. Их переносил комочек ваты (см. §8-е).
В предыдущем опыте с вертикальными дисками электроны даже не нуждались в «переносчике», так как электронный газ под действием сил поля сам перетекал из правого диска по проволоке в электроскоп. То есть, в проволоке короткое время существовал электрический ток,образованный движущимися электронами.
Познакомимся теперь с устройствами, предназначенными для создания долговременного электрического тока, – источниками электроэнергии(иногда говорят – источниками тока, но это менее желательный термин).

Известно много видов источников электроэнергии. Простейшие из них –гальванические элементы (1, 2, 3). Они превращают свою внутреннюю (химическую) энергию в энергию электрического тока. Аналогичное превращение энергии происходит и в аккумуляторах (4). Но после того, как энергия аккумулятора иссякнет, его можно вновь зарядить, и он опять будет служить источником электроэнергии. Образно выражаясь, обычные гальванические элементы – это «одноразовые», а аккумуляторы – «многоразовые» источники энергии.
Кроме одиночных аккумуляторов и гальванических элементов часто встречаются их батареи – несколько элементов, соединённых вместе.Цифрой 2 обозначена батарея гальванических элементов – «плоская батарейка», а цифрой 4 – батарея аккумуляторов для автомобиля. Цифрой 5 обозначен выпрямитель или блок питания, служащий источником электроэнергии для электронных приборов – ноутбуков, телефонов. Он берёт энергию от домашней электросети.
Любой источник электроэнергии обязательно имеет не менее двух полюсов– металлических проводников, предназначенных для присоединения потребителей электроэнергии. Например, аккумулятор или «батарейка» всегда имеют два полюса: положительный и отрицательный, обозначенные знаками «+» и «–». На положительном полюсе – недостаток электронов, на отрицательном – их избыток. Назначение источника электроэнергии – создание и долговременное поддержание неодинаковой электризации своих полюсов. Рассмотрим это на конкретном примере (см. рисунок).

Присоединим к «батарейке» лампочку от карманного фонарика. Избыточные электроны, всегда имеющиеся на отрицательном полюсе, в момент соединения контактов двинутся к положительному полюсу батарейки. Это приведёт к частичной нейтрализации зарядов на полюсах. Поэтому если внутри батарейки электроны под воздействием каких-либо сторонних силне будут вновь попадать на отрицательный полюс, ток быстро прекратится, и лампочка погаснет. Но этого не происходит, значит, ток есть и внутри батарейки.
Обратите внимание: снаружи источника электроны движутся от «–» к «+», как и должны двигаться отрицательные частицы, находящиеся в электрическом поле. Однако внутри источника электроны движутся от «+» к «–». Такое движение вопреки силам электрического поля возможно лишь под воздействием так называемых сторонних сил, которые не имеют отношения к силам электрического поля; они возникают и совершают работу за счёт внутренней (химической) энергии батарейки.
Исторически так сложилось, что току приписывают направление от «+» источника к его «–» через потребители. Физики об этом договорились несколько веков назад, когда не знали о существовании электронов. Тогда же появилось и не вполне удачное название «источник тока», так как теперь мы знаем, что у электрического тока нет «истоков» и «стоков»: ток циркулирует по проводникам, подобно воде в замкнутой трубе с насосом.