Энциклопедия Брокгауза и Ефрона - электрический

заряд - количество электричества, содержащееся в данном теле. Электрический ток. - Если погрузить в проводящую жидкость, напр., в раствор серной кислоты, два разнородных металла, напр., Zn и Сu, и соединить эти металлы между собой металлической проволокой, то в этой системе возникает особый процесс, называемый электрическим током. Указанный выше способ получения Э. тока не единственный и даже не самый лучший, он только исторически первый. Э. ток возникает и в замкнутой цепи из двух металлов, если вызвать разность температур двух спаев этих металлов. Он возникает точно также под влиянием механических сил (динамо-машины). Последний способ дает самые сильные токи. Э. ток характеризуется разнообразными явлениями. Проволока, по которой он течет, нагревается, жидкость, по которой он проходит, подвергается химическим изменениям, магнитная стрелка вблизи тока ориентируется особым образом, два проводника с токами механически друг на друга действуют. Проходя через спай двух металлов, ток вызывает в них нагревание или охлаждение (явление Пелтье), в момент замыкания или размыкания ток индуктирует в соседнем проводнике кратковременный ток и т. д. Разумеется, не всякий ток достаточно силен, чтобы обнаружить ясно все явления, но это уже вопрос чисто количественный. Известно, каким образом исторически развивалось учение об Э. токе. Вольта показал, что два диска из различных материалов, приведенные в соприкосновение и затем разведенные оказываются наэлектризованными - один отрицательно, другой положительно. То же самое явление происходит при соприкосновении металла и жидкости. Вольта назвал металлы проводниками первого рода, проводящие жидкости - проводниками второго рода. Проводники первого рода могут быть расположены в особый ряд, ряд Вольты. Этот ряд обладает замечательными свойствами. Если два разнородных металла погрузить в жидкость, проводящую ток, то на этих двух металлах обнаруживается электризация, на одном положительная, на другом отрицательная. Между ними существует, следовательно, известная разность потенциалов. Эта разность потенциалов поддерживается, поэтому, если соединить концы металлов каким-либо проводником, то по этому проводнику должно произойти передвижение количеств электричества, так как потенциалы будут стремиться сравняться, но так как разность потенциалов на концах металлов поддерживается, то система не может придти в статическое состояние и вдоль по проводнику пойдет, как говорят, Э. ток. Сосуд с жидкостью, в которую погружены два различных металла, можно назвать простейшей схемой гальванического элемента, Заметим, что представление о токе, как о передвижении Э. количеств в проводнике приводить к выводу, что движущийся в определенном направлении заряженный шарик должен вызвать явление подобное току. Это подтверждается опытами Роуланда. Заметим также, что в известных условиях возможен Э. ток в проводнике без существования разности потенциалов между различными точками его. Таков ток, возникающий в кольце при возникновении или исчезновении Э. тока в катушке, расположенной симметрично относительно всех точек кольца. Мы пока оставляем в стороне попытки объяснения явления, т. е. вопрос, почему при соприкосновении разнородных тел на них появляется электризация. Мы можем рассматривать Э. токи линейные, а также и в проводниках двух или трех измерений. Если мы назовем потенциал в данной точке через V, элемент поверхности, проходящий через данную точку, через ds, нормаль к поверхности через n и количество электричества, протекающее в элемент времени dt через элемент поверхности через dQ, то мы получаем следующее основное уравнение для установившегося тока: Здесь l коэффициент, который можно назвать удельной электропроводностью. Основное уравнение (1) введено Омом в учение об Э. токе по аналогии с совершенно подобным уравнением, лежащим в основе учения Фурье о распространении тепла по теплопроводности. Заметим, что вопрос о течении электричества в проводнике двух или трех изменений представляет очень большие теоретические затруднения и очень малый практический интерес. Им занимались, между прочим, Кирхгоф и Гельмгольц. Мы разберем только случай течения тока в линейном проводнике, заметив, что линейный проводник не должен представлять собою математическую линию. Линейный проводник - это такой, где в каждом сечении плотность тока всюду одна и та же и притом ток параллелен оси, т. е. перпендикулярен к площади сечения. В таком случае из уравнения (1) и из условия, что, в случае установившегося Э. тока, количество электричества, протекающее в единицу времени через какое-либо сечение, должно быть одно и то же для всех сечений, легко получить следующее уравнение: . (2) Здесь у есть сила тока, т. е. количество электричества, протекающее через данный проводник в единицу времени, V1 - V2 есть разность потенциалов на концах линейного проводника. Знаменатель есть гальваническое сопротивление проводника. Как видно, сопротивление проводника тем больше, чем больше его длина l и чем меньше его сечение s. Величина есть величина, обратная удельной электропроводности. Она носит название удельного сопротивления. Формула (2) и выражает собою закон Ома. Если ток проходит по проводнику однородному, но состоящему из нескольких последовательных частей с сопротивлениями r1, r2, r3, . . . .rn, то сила тока у будет выражаться формулой .(2') Здесь V - потенциал, в начале первого проводника, V2 - потенциал в конце последнего. Если ток проходит по разнородным проводникам, то надо принимать во внимание электродвижущие силы, возникающие в местах соприкосновения разнородных веществ, и формула Ома напишется таким образом: Здесь V1, - потенциал в начале рассматриваемой цепи, а V2 - потенциал в конце ее. Не трудно вывести отсюда, что сила тока в замкнутой цепи, состоящей из элемента и провода, соединяющего полюсы элемента, будет выражаться формулой: где Е - электродвижущая сила элемента, W - сопротивление элемента, R - сопротивление провода. Приложимость закона Ома чрезвычайно велика. Проверки, предпринятый рядом лиц, в общем, подтвердили этот закон. Опыты над Э. током в газах показали, что и при токах в газах не наблюдается пропорциональности между величинами у и Е, как следовало бы по закону Ома. Дж. Дж. Томсон интерпретировал это явление, наблюденное многими лицами. Все вышеизложенное относится к тому случаю, когда оба металла, т. е. полюсы элемента соединяет только один проводник или же ряд последовательно соединенных проводников. Если же ток разветвляется в ряд отдельных проводников, то для определения силы тока в каждой ветви надо пользоваться законами Кирхгофа. Законов Кирхгофа два. 1) Алгебраическая сумма сил токов во всех линейных проводниках, пересекающихся в одной точке, равна нулю. или i1+i2+i3-i4-i5=0 i1+i2+i3= i4+i5 2) В каждом замкнутом контуре, выделенном мысленно из данной сети проводников, алгебраическая сумма, составленная из произведений сил тока в ветвях данного контура на сопротивления в тех же ветвях, равна алгебраической сумме электродвижущих сил, расположенных в ветвях рассматриваемого контура. Sikrk=SEk. На формуле Ома и ее следствиях основаны главнейшие способы определения силы токов, разностей потенциалов и электродвижущих сил и, наконец, удельных сопротивлений и сопротивлений проводников. Заметим, что вышеприведенные выражения для формулы Ома относятся к току уже установившемуся. В момент возникновения тока в проводнике и в момент исчезновения сила тока будет выражаться более сложными формулами, в которых приняты во внимание экстра токи замыкания и соответственно размыкания, возникающие благодаря самоиндукции цепи. Перечисляя в начале статьи главнейшие свойства Э. тока, многим из которых посвящены отдельные статьи, мы, конечно, должны были начать с нагревания проводников. Ток, проходя по проводникам, нагревает их. Количество теплоты, выделяемое данным током в данной проволоке, прямо пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению проводника, а также продолжительности прохождения тока. Так формулируется закон Джоуля Ленца. Заметим, что закон Джоуля Ленца очень просто вытекает из закона Ома и из выражения для энергии Э. тока. Работа, которую ток может совершить в единицу времени, пропорциональна произведению из его силы тока на электродвижущую силу А = с. ei. Ток нагревает провод, т. е. его Э. энергия переходит в тепловую. Следовательно, количество теплоты Q, выделенное током в единицу времени, должно быть также пропорционально произведению ei Q=c1ei, но e=ir, следовательно, Q=c1i2r, а это и есть закон Джоуля Ленца. Э. ток обладает известным запасом энергии, и эта энергия чрезвычайно многообразно и легко переходит во все прочие виды энергии. Замечу, что