--> Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ïðîâîäíèêà ñ òîêîì. Ôèçèêà 10-11 êë
ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Ýëåêòðîäèíàìèêà. Ôèçèêà 10-11 êë. Ìÿêèøåâ

Ãëàâà 2. Ïîñòîÿííûé ýëåêòðè÷åñêèé òîê

 


§ 2.3. Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ïðîâîäíèêà ñ òîêîì (îêîí÷àíèå)

Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå âíå ïðîâîäíèêà ñ òîêîì

Ëèíèè íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ âíå ïðîâîäíèêà ïåðïåíäèêóëÿðíû åãî ïîâåðõíîñòè, è ïîâåðõíîñòü ïðîâîäíèêà ýêâèïîòåíöèàëüíà. Âäîëü ïðîâîäíèêà ñ òîêîì, êàê ìû âèäåëè, ïîòåíöèàë ìåíÿåòñÿ. Ïîýòîìó åñòü ñîñòàâëÿþùàÿ íàïðÿæåííîñòè , íàïðàâëåííàÿ âäîëü ïðîâîäíèêà.  ðåçóëüòàòå ëèíèè íàïðÿæåííîñòè ïîëÿ âíå ïðîâîäíèêà ðàñïîëàãàþòñÿ ïîä óãëîì ê åãî ïîâåðõíîñòè.  ýòîì ìîæíî óáåäèòüñÿ íà îïûòå (ñì. ðèñ. 2.7). Íà âåðõíèé ïðîâîä ïîäâåøèâàþò ëåãêóþ ñòðåëêó — èíäèêàòîð òàê, ÷òîáû îíà ìîãëà ñâîáîäíî ïîâîðà÷èâàòüñÿ âäîëü ïðîâîäíèêà. Ïðè îòñóòñòâèè òîêà ñòðåëêà ðàñïîëàãàåòñÿ ïåðïåíäèêóëÿðíî çàðÿæåííîìó ïðîâîäó. Åñëè âåðõíèé è íèæíèé ïðîâîäà ñîåäèíèòü, òî ïîéäåò òîê è ñòðåëêà óñòàíîâèòñÿ íå ïåðïåíäèêóëÿðíî, à ïîä íåêîòîðûì óãëîì ê ïðîâîäó, óêàçûâàÿ íà èçìåíåíèå íàïðàâëåíèÿ ëèíèé íàïðÿæåííîñòè .

 îòëè÷èå îò âíóòðåííåãî ïîëÿ âíåøíåå ïîëå èìååò áîëåå ñëîæíóþ ñòðóêòóðó. Îíî çàâèñèò îò ôîðìû ïðîâîäíèêà, ðàñïîëîæåíèÿ èñòî÷íèêà òîêà è îêðóæàþùèõ òåë.

Êàê îáðàçóåòñÿ ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå âíóòðè è âíå ïðîâîäíèêà ñ òîêîì?

Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ñîçäàåòñÿ ýëåêòðè÷åñêèìè çàðÿäàìè. Ñëåäîâàòåëüíî, íà ïîëþñàõ èñòî÷íèêà òîêà èëè âòóëêàõ ðîçåòêè â âàøåé êâàðòèðå îáÿçàòåëüíî ñêàïëèâàþòñÿ çàðÿäû ïðîòèâîïîëîæíîãî çíàêà. Ýòî, â ñâîþ î÷åðåäü, îçíà÷àåò, ÷òî âíóòðè èñòî÷íèêà òîêà (áàòàðåè èëè ãåíåðàòîðà ýëåêòðîñòàíöèè) ïðîèñõîäÿò ïðîöåññû*, áëàãîäàðÿ êîòîðûì çàðÿæåííûå ÷àñòèöû ïðèõîäÿò â äâèæåíèå.

    * ×òî ýòî çà ïðîöåññû, áóäåò âûÿñíåíî â äàëüíåéøåì (ñì. § 2.11— 2.13).

Íî âåäü çàðÿæåííûå ÷àñòèöû íà ïîëþñàõ áàòàðåè íå ìîãóò ñîçäàòü ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå â ïðîâîäíèêå ïðîòÿæåííîñòüþ â ñîòíè êèëîìåòðîâ, íàïðèìåð â òåëåãðàôíîé ëèíèè Ìîñêâà — Ñàíêò-Ïåòåðáóðã? Êîíå÷íî, íå ìîãóò! Ýòî ïîëå ïîÿâëÿåòñÿ â ðåçóëüòàòå òîãî, ÷òî ïðè çàìûêàíèè öåïè ïî÷òè ñðàçó æå íà âñåé ïîâåðõíîñòè ïðîâîäíèêà âîçíèêàåò ïîâåðõíîñòíûé çàðÿä. Ïëîòíîñòü ïîâåðõíîñòíîãî çàðÿäà ïîñòåïåííî óìåíüøàåòñÿ ïî ìåðå óäàëåíèÿ îò èñòî÷íèêà òîêà. Èìåííî ýòîò çàðÿä ñîçäàåò ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå, ñóùåñòâóþùåå âíóòðè è âíå ïðîâîäíèêà, íà âñåì åãî ïðîòÿæåíèè.

Êàê æå îáðàçóåòñÿ ïîâåðõíîñòíûé çàðÿä íà ïðîâîäíèêå ñ òîêîì?  ïåðâûé ìîìåíò ïîñëå çàìûêàíèÿ öåïè ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ïîÿâëÿåòñÿ òîëüêî íà êîíöàõ ïðîâîäíèêà. Îíî âûçûâàåò ñìåùåíèå ýëåêòðîíîâ â ïðîâîäíèêå ïî âñåì íàïðàâëåíèÿì (ðèñ. 2.10). Íà ðèñóíêå 2.10 ñõåìàòè÷íî èçîáðàæåíà îòðèöàòåëüíàÿ êëåììà Ê èñòî÷íèêà òîêà è ñå÷åíèå ïðèñîåäèíåííîãî ê íåé êîíöà ìåòàëëè÷åñêîãî ïðîâîäà. Øòðèõîì ïîêàçàíû íåêîòîðûå ëèíèè íàïðÿæåííîñòè ïîëÿ êëåììû â ïåðâûé ìîìåíò ïîñëå ïðèñîåäèíåíèÿ ê íåé ïðîâîäà, à ñòðåëêàìè — ñèëû, äåéñòâóþùèå ñî ñòîðîíû ýòîãî ïîëÿ íà ñâîáîäíûå ýëåêòðîíû ïðîâîäà, íàõîäÿùèåñÿ â òî÷êàõ 1,2,3,....  ðåçóëüòàòå ýëåêòðîí, íàõîäÿùèéñÿ â òî÷êå 1, íà÷èíàåò äâèãàòüñÿ âäîëü îñè ïðîâîäíèêà. Ýëåêòðîíû 2, 3, 4, 5 ñìåùàþòñÿ òàêæå âäîëü ïðîâîäíèêà, íî îäíîâðåìåííî ïåðåìåùàþòñÿ ê åãî ïîâåðõíîñòè è ñêàïëèâàþòñÿ íà íåé. Ïåðåìåùåíèå ýëåêòðîíîâ âäîëü ïðîâîäà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé çàðîæäåíèå òîêà. Ïåðåìåùåíèå æå ýëåêòðîíîâ â íàïðàâëåíèè ê ïîâåðõíîñòè ïðîâîäà ïðîäîëæàåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà îíè íå äîñòèãíóò åå è íå îáðàçóþò íà ïðîâîäå ïîâåðõíîñòíûé çàðÿä (ðèñ. 2.11). Ýòîò ïîâåðõíîñòíûé çàðÿä ñîçäàåò äîñòàòî÷íî ñèëüíîå ïîëå â ñëåäóþùåì ó÷àñòêå ïðîâîäíèêà. Òàì ïðîöåññ ïîâòîðèòñÿ: ïðîèçîéäåò ñìåùåíèå çàðÿäîâ âäîëü ïðîâîäíèêà, îáðàçîâàíèå ïîâåðõíîñòíûõ çàðÿäîâ è, çíà÷èò, ñîçäàíèå ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ íà ñëåäóþùåì ó÷àñòêå ïðîâîäíèêà. Ýòîò ïðîöåññ áóäåò ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ ñî ñêîðîñòüþ, áëèçêîé ê ñêîðîñòè ñâåòà (300 000 êì/ñ), ïîêà âäîëü âñåé ïîâåðõíîñòè ïðîâîäíèêà íå ïîÿâèòñÿ ïîâåðõíîñòíûé çàðÿä.

Òåïåðü ïîíÿòíî, ïî÷åìó, íåñìîòðÿ íà î÷åíü ìàëûå ñêîðîñòè óïîðÿäî÷åííîãî äâèæåíèÿ ýëåêòðîíîâ (ñì. § 2.2), ýëåêòðè÷åñêèé òîê óñòàíàâëèâàåòñÿ ïî÷òè ñðàçó æå ïîñëå çàìûêàíèÿ öåïè äëèíîé â ñîòíè êèëîìåòðîâ. Ýòî ïðîèñõîäèò ïîòîìó, ÷òî ÷åðåç î÷åíü ìàëûé ïðîìåæóòîê âðåìåíè âî âñåì ïðîâîäíèêå è âîêðóã íåãî âîçíèêàåò ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå.

Ïðîöåññ óñòàíîâëåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà â ïðîâîäíèêå íàïîìèíàåò ïðîöåññ óñòàíîâëåíèÿ òå÷åíèÿ âîäû â òðóáå. Êîãäà ïîðøåíü íàñîñà íà÷íåò äâèãàòüñÿ, òî áëàãîäàðÿ íàëè÷èþ ñòåíîê òðóáû æèäêîñòü ñèëüíî ñæèìàåòñÿ è èìïóëüñ äàâëåíèÿ â íåé ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ïî òðóáå ñî ñêîðîñòüþ íåñêîëüêèõ ñîòåí ìåòðîâ â ñåêóíäó. Ïîýòîìó ïî÷òè ñðàçó æå âñå ÷àñòè÷êè âîäû â òðóáå ïðèäóò â äâèæåíèå ïîä äåéñòâèåì ñèë äàâëåíèÿ. Ñêîðîñòü æå äâèæåíèÿ ñàìèõ ÷àñòè÷åê âîäû íåâåëèêà: íåñêîëüêî äåñÿòêîâ ñàíòèìåòðîâ â ñåêóíäó.

Ñòàöèîíàðíîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå

Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå â ïðîâîäíèêå ñ òîêîì ñîçäàþò ïîâåðõíîñòíûå çàðÿäû. Ïðè ïîñòîÿííîé ñèëå òîêà êóëîíîâñêîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå äâèæóùèõñÿ ïîâåðõíîñòíûõ çàðÿäîâ âíóòðè è âíå ïðîâîäíèêà íå ìåíÿåòñÿ ñ òå÷åíèåì âðåìåíè ïîäîáíî ýëåêòðîñòàòè÷åñêîìó ïîëþ íåïîäâèæíûõ çàðÿäîâ. Òàêîå ïîëå íàçûâàåòñÿ ñòàöèîíàðíûì.

Ïîëå íå ìåíÿåòñÿ ñî âðåìåíåì âñëåäñòâèå òîãî, ÷òî ïîâåðõíîñòíàÿ ïëîòíîñòü çàðÿäîâ, ñîçäàþùèõ ýòî ïîëå, îñòàåòñÿ íåèçìåííîé. Çàðÿäû äâèæóòñÿ, íî íà ìåñòî óøåäøåãî çà âðåìÿ Δt çàðÿäà íà äàííûé ó÷àñòîê ïîâåðõíîñòè ïðèõîäèò òî÷íî òàêîé æå íîâûé çàðÿä.

Ýëåêòðè÷åñêèé òîê ìîæåò áûòü ïîëó÷åí â âåùåñòâå, â êîòîðîì èìåþòñÿ ñâîáîäíûå çàðÿæåííûå ÷àñòèöû. ×òîáû îíè ïðèøëè â äâèæåíèå, íóæíî ñîçäàòü â ïðîâîäíèêå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå. Ýòî ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå íàçûâàåòñÿ ñòàöèîíàðíûì. Îíî ïîòåíöèàëüíî, êàê è ýëåêòðîñòàòè÷åñêîå ïîëå, íî â îòëè÷èå îò ñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ ìîæåò ñóùåñòâîâàòü âíóòðè ïðîâîäíèêà.

<<< Ê íà÷àëó ïàðàãðàôà

 

 

Ðåéòèíã@Mail.ru



Ñîäåðæàíèå

!-- Step 2 - Decide on the place where you want to place the video -->
. Âàæíî, ÷òîáû ñêðèïò áûë ïîñëå áëîêà. Íàïðèìåð, ìîæíî ðàçìåñòèòü ïåðåä òåãîì -->