Гальванический ток — явление, какое происходит, когда два полюса гальванического элемента (или батареи из них) соединяются друг с другом при посредстве какого-либо проводника электричества. Гальванический ток представляет собой лишь частный случай вообще явления электрического тока. По отношению к электричеству все тела природы разделяются на две категории: тела, проводящие электричество, проводники, и тела непроводящие электричество — изоляторы или диэлектрики. Свойство тела проводить электричество выражается в том, что при соединении помощью испытываемого тела друг с другом двух других тел, из которых одно наэлектризовано, а другое нет, в одном случае тело, раньше не наэлектризованное, становится наэлектризованным, электрическое состояние передается ему от другого, наэлектризованного, причем ослабляется электрическое состояние последнего; в другом случае не замечается при этом изменения в состоянии обоих тел, не наэлектризованное предварительно тело остается без признаков электризации и после такого соединения. Все металлы, графит, кокс, обыкновенная вода, растворы в ней солей, кислот — все это проводники электричества. Различные смолы, каучук, шелк, стекло, сера, парафин, воск, весьма многие минералы, органические соединения, наконец газы при обычной упругости — представляют собой тела, не проводящие электричество. [1]. При соединении друг с другом с помощью проводника двух каких-нибудь проводящих тел, различно наэлектризованных (одно из них может быть совсем не наэлектризовано, может быть сама земля), т. е. оказывающих неодинаковые действия на присоединяемый к ним электроскоп или электрометр, имеющих, точнее говоря, неодинаковые электрические потенциалы (см. Потенциал), эти тела приходят в близко одинаковое электрическое состояние [2], а вместе с этим в соединяющем их проводнике происходит особое явление, сопровождающееся целым рядом разнообразных действий. Проводник нагревается, и это особенно резко замечается, когда таким проводником берется очень тонкая проволока; последняя может даже вполне разрушиться, обратившись в мелкий порошок (для этого необходима лишь очень сильная электризация одного из соединяемых тел); этот проводник действует на находящуюся вблизи магнитную стрелку, как бы сообщает ей толчок; если соединение различно наэлектризованных тел делается одновременно при посредстве твердых и жидких веществ, может случиться, что на границах, отделяющих твердые тела от жидких, будут замечены продукты химического разложения жидкостей; этот проводник, наконец, в другом соседнем с ним проводнике вызывает явление, вполне подобное тому, какое происходит в нем самом. Такое явление в проводнике и носит название электрического тока. Оно выражается в изменениях состояния самого проводника (внутренние действия тока) и также в действиях вне его (внешние действия тока). По существовавшему в прежнее время предположению присутствия в телах особых электрических жидкостей как причины, вызывающей в них электризацию, электрический ток принимался за течение этой жидкости из одного тела в другое (отсюда и название ток), и направление, в каком допускалось перемещение положительного электричества, считалось за направление самого тока. При сказанных условиях, т. е. при соединении проводником двух тел, предварительно наэлектризованных не в одинаковой степени, электрический ток в проводнике ограничивается лишь очень коротким промежутком времени, измеряющимся весьма малой долей секунды. Но подобное явление возможно удержать и произвольно долгое время; для этого необходимо только сохранять все это время электрические состояния обоих тел неодинаковыми. Простая электрическая машина дает к этому средства. Пока поддерживается такой машиной различие в электрическом состоянии двух проводящих тел, в проводнике, соединяющем их, продолжается существование электрического тока. В проводнике непрерывно выделяется теплота; магнитная стрелка, помещенная на вертикальной оси вблизи такого проводника (под ним или над ним) и в своем положении равновесия под действием земного магнетизма, когда в проводнике нет тока, параллельная ему, удерживается отклоненной на некоторый угол от этого положения (плоскости магнитного меридиана); в жидкости, составляющей часть всего проводника, соединяющего тела, наблюдается химическое разложение; продукты этого разложения выделяются на границах, отделяющих твердые части проводника от жидкости; проводник притягивает или отталкивает другой проводник, в котором также поддерживается электрический ток. Таким образом, выделение теплоты в проводнике, отклонение магнитной стрелки из ее естественного положения, химическое разложение проводящей жидкости (электролиз), притяжение или отталкивание другого проводника также с током (явления эдектродинамические) — вот наиболее характерные действия, вызываемые явлением электрического тока. К этому нужно прибавить еще намагничивание, какое получается в стальной или железной игле, если поместить последнюю в катушку, сделанную из обмотанной шелком или бумагой проволоки и пропустить через эту проволоку электрический ток, а также возбуждение электрического тока в соседнем, отделенном непроводящей средой, другом проводнике в момент появления или исчезновения тока в рассматриваемом. Все упомянутые действия тока при употреблении электрической машины для сохранения постоянного различия между электрическими состояниями двух тел, между которыми в проводнике получается такой ток, будут вообще очень слабые. Говорят, что сила электрического тока в проводнике в этом случае мала. Эти действия получаются значительно сильнее, если взять гальванический элемент (или, лучше, батарею из нескольких элементов) и соединить подобным же проводником оба полюса. На этих полюсах, пока нет соединительного проводника, пока элемент, как говорят, разомкнут и тщательно изолирован, наблюдается различная по знаку электризация. Электроскоп обнаруживает положительное электричество на одном полюсе и отрицательное на другом. Электрометр дает величины потенциалов на том и другом полюсе вообще близко равные, но противоположные по знаку. Таким образом получается некоторая разность потенциалов на обоих полюсах, которая остается без изменения и в том случае, когда с полюсами элемента соединяются какие-нибудь другие проводящие тела или один из полюсов элемента проводником соединяется с землей. Пока элемент не замкнут, наблюдаемая на его полюсах разность потенциалов зависит исключительно от состава элемента, температуры его и в незначительной степени от давления окружающей элемент среды. Последнее, впрочем, обнаруживается только при значительном искусственном изменении упругости этой среды. Эта разность потенциалов не меняется при сохранении состава элемента с изменением формы и размеров его. Когда полюса элемента соединены друг с другом при посредстве какого-либо проводника (элемент, как говорят, замкнут этим проводником), они остаются по-прежнему различно наэлектризованными. Электрометр обнаруживает и теперь разность потенциалов между ними. Эта разность потенциалов, однако, иная, чем тогда, когда элемент разомкнут. Она изменяется, кроме того, вместе с изменением проводника, соединяющего собой полюса. Итак, в проводнике, соединяющем полюса, должен появиться электрический ток. Этот-то ток и носит название тока гальванического. По всем своим свойствам качественно он ничем не отличается от вышеупомянутого тока электрического. Да и по существу явление гальванического тока одинаково с явлением тока между двумя различно электризуемыми электрической машиной телами. Здесь также полюса элемента непрерывно поддерживаются наэлектризованными, один положительно, другой отрицательно, производится лишь последнее не действием посторонней машины, а постоянно происходящими при этом химическими соединениями тел, входящих в состав элемента. Гальванический ток наблюдается не только в проводнике (обычно в виде проволок или столбов жидкости), соединяющем полюса элемента (внешняя часть цепи), он существует и проявляет все свои действия и в жидкостях самого элемента (внутренняя часть цепи). Если в проволоке между полюсами элемента Вульстена (медь и цинк в подкисленной воде) ток имеет направление от меди к цинку [3], то в воде внутри этого элемента он направляется от цинка к меди. Г. ток, таким образом, образует собой замкнутое кольцо (замкнутую цепь), идя от одного полюса элемента к другому через внешний проводник и продолжая свой путь внутри элемента через его жидкость от этого второго полюса к первому. С точки зрения теории двух электрических жидкостей обратное направление электрического течения между полюсами внутри элемента сравнительно с направлением движения электричества во внешнем проводнике объясняется непрерывно происходящим вследствие химических действий в элементе разъединением двух электричеств в каждой частице жидкости, которые соединяются затем с противоположными жидкостями в соседних с этой частицах и, наконец, от частиц, прилегающих к полюсам, сообщаются этим последним; причем каждый полюс получает лишь одно электричество. Явление гальванического тока, а вместе с этим химические соединения и распадения внутри элемента существуют, пока полюса элемента соединены проводником. То и другое прекращается тотчас, как только будет нарушено соединение полюсов проводником или внешний проводник будет разделен поперек тока каким-либо непроводящим электричество веществом.
Заметим прежде всего весьма важное положение, выведенное теоретически и подтвержденное путем опытных исследований. Как уже сказано, существование тока от элемента обязано непрерывно поддерживающейся разности электрических потенциалов на полюсах элемента. Последнее же вызывается непрерывно происходящими химическими действиями внутри самого элемента. Если вычислить на основании данных термохимии все количество тепла, какое должно выделиться вследствие таких химических действий (комбинация тел только тогда и составляет элемент, т. е. может дать ток, когда химические действия, происходящие между этими телами, дают в результате выделение тепла), осложненных изменениями и физических свойств тел, составляющих элемент, когда внутри его произойдет известное по количеству химическое соединение, и затем наблюдать, что происходит на самом деле, когда элемент замкнут и химические реакции в нем существуют, — окажется, что внутри элемента при образовании подобного по количеству химического соединения не образуется столько тепла. Теплоты внутри элемента получается вообще меньше. Но, если определить вместе с этим и то тепло, какое развивается за это время во внешней части цепи, сумма количеств обоих теплот получается равной количеству теплоты, вычисленному по данным термохимии. При этом, однако, прохождение тока по внешней части цепи не должно сопровождаться приведением в движение током какого-либо механизма, совершающего работу (электродвигателя), или же разложением какой-либо жидкости, помещенной в этой внешней части цепи. В двух последних случаях вычисленная по данным термохимии теплота получается по количеству больше, чем теплота, наблюдаемая во всей цепи. Разность между двумя этими количествами оказывается равной количеству тепла, эквивалентному совершенной током работе. Мы имеем здесь подтверждение закона сохранения энергии. Итак, электрический ток, образующийся в цепи от какого-либо элемента, разносит по всей цепи тепло (часть его может преобразовываться в работу), какое должно было бы получиться внутри элемента за счет химических действий, в нем происходящих.
Более или менее сильные действия тока определяют большую или меньшую силу его. Сила тока, таким образом, — количественная характеристика тока в отношении тех явлений, какие могут быть вызваны им. Но может быть дано и иное определение силы тока, соответствующее теории электрических жидкостей. Сила тока есть количество электричества, протекающего по расчету в единицу времени через поперечное сечение цепи. Это количество для всякого поперечного сечения цепи, если только току представляется один путь (внешняя часть цепи без разветвлений), должно быть одно и то же. Иначе происходило бы в отдельных местах проводника непрерывное накопление электричества. Путем опыта, наблюдая действие тока на магнитную стрелку, можно также убедиться, что сила тока во всех частях неразветвленной цепи одна и та же. Изучение различных действий тока приводит к заключению, что между всеми этими действиями существует соответствие. Пропуская ток через какой-либо проводник, находящийся вблизи магнитной стрелки (лучше, если за такой проводник будет взята плоская катушка из изолированной проволоки, помещенная своими оборотами в вертикальной плоскости, параллельной с плоскостью, в которой устанавливается вращающаяся на вертикальной оси магнитная стрелка под действием земного магнетизма, т. е. будет взят гальванометр), и одновременно через сосуд с жидкостью, продукты разложения которой от действия тока могут быть количественно определены (вольтметр), можно заметить, что количество жидкости, разлагаемой в определенный промежуток времени, и сила, с какой взятый проводник действует на магнитную стрелку, стремясь отклонить последнюю из ее положения равновесия (из плоскости магнитного меридиана), при различных токах строго пропорциональны друг к другу. Если, кроме того, определять количество теплоты, выделяемой в какой-нибудь части цепи, всегда состоящей из одного и того же проводника, то окажется, что при различных токах это количество теплоты, получаемое в определенное время, изменяется быстрее, чем действие тока на магнитную стрелку или количество разлагаемой им в это же время жидкости. Выделение тепла пропорционально квадрату величин, выражающих действие тока на магнитную стрелку и количество разлагающейся жидкости. Оба последних действия, как показывают опыты, пропорциональны силе тока, определяемой количеством электричества, протекающего в единицу времени через поперечное сечение проводника. Выделение тепла в данном проводнике в известное время пропорционально, следовательно, квадрату силы тока.
На основании сказанного по каждому из упомянутых трех различных действий тока является возможность измерять его силу (см. Вольтметр, Гальванометр, Калориметр, Тепловые явления тока). Измерение силы является возможным еще и по действию, какое оказывает одна часть цепи на другую подвижную часть (см. Электродинамометр). Это действие, как показали опыты Ампера, пропорционально квадрату силы тока.
За единицу силы тока в настоящее время обычно принимается сила тока, выделяющего из раствора азотно-серебряной соли в одну секунду 1,118 м. гр. серебра. Такая сила тока носит название Ампер. В теории электричества за единицу силы тока принимается сила в 10 раз большая Ампера. Такая единица называется абсолютной электромагнитной единицей силы тока (см. Единицы).
Употребляющиеся на практике токи весьма разнятся между собой по силе. Так, приводящие в действие телеграфные аппараты токи измеряются в тысячных долях Ампера, еще значительно слабее токи телефонные; напротив, токи, распространяющиеся по главным проводникам при электрическом освещении, нередко достигают тысяч Амперов.
Измерив силу тока, существующего в какой-либо цепи элемента, и затем разделив внешнюю часть цепи поперек тока на две части и поместив между этими частями какой-нибудь новый лишний проводник, мы заметим уменьшение силы тока. Итак, введение нового проводника в существующую цепь сопровождается ослаблением тока. Это ослабление тока будет тем значительнее, чем длиннее вводимый в цепь проводник при том же веществе его и том же сечении, или чем меньше его поперечное сечение при той же длине в том же веществе его. При одинаковых размерах и форме проводников ослабление тока, производимое помещением их в цепь, неодинаково для различных веществ, из которых изготовлены эти проводники. Меньше всего произведет ослабление проводник из серебра, несколько больше — из меди, еще больше — из железа, висмута и особенно значительное ослабление получается при введении в цепь столба жидкости. Такое уменьшение силы тока при помещении в цепь нового проводника приписывается «гальваническому сопротивлению» последнего. Сравнение действий, оказываемых на силу тока различными вводимыми в цепь проводниками, дает возможность сравнения сопротивлений этих проводников и выражения сопротивления какого-либо проводника в принятой единице такого сопротивления. Простая подстановка на место испытуемого проводника другого, производящего одинаковое ослабление тока, может дать средство определения искомого сопротивления. Такой способ, однако, ненадежен. Несравненно точнее достигается это при употреблении во внешней части цепи системы расположения проводников, известной под названием системы мостика Витстона (см. Мостик Витстона).
Опыты показывают, что величина сопротивления всякого тела, имеющего форму цилиндра, бруска, какого-нибудь одного и того же по всей длине сечения, или ленты, может быть выражено формулой: — Здесь r сопротивление этого проводника, l — длина и s — поперечное сечение его, ρ — относительное сопротивление вещества проводника, т. е. выраженное в принятой единице сопротивление изготовленного из этого вещества бруска, имеющего единицу длины и единицу поперечного сечения. Сопротивление проводника, поперечное сечение которого не одинаково по всей длине или который составлен из нескольких проводников, различных по веществу и соединенных друг с другом своими концами, может быть выражено суммой сопротивлений отдельных частей, имеющих одно и то же сечение и состоящих из одного вещества.
Температура тела оказывает существенное влияние на величину его сопротивления. В твердых и жидких проводниках, химически не разлагающихся на составные части при прохождении по ним тока, за исключением всех сортов угля, кокса, графита и недавно изготовленного сплава, названного манганином (этот сплав состоит из меди — 83%, никеля — 4%, и марганца — 13%), повышение температуры сопровождается увеличением сопротивления. В графите, коксе, углях и манганине, напротив, увеличение температуры вызывает уменьшение сопротивления [4] Особенно сильно это проявляется в графите и коксе, в манганине же изменение сопротивления очень мало. Во всех жидкостях и твердых телах, разлагающихся током, увеличение температуры производит уменьшение сопротивления. Такое же действие оказывает нагревание и на тела, плохо проводящие электричество, так называемые изоляторы. Все изоляторы, даже совсем не проводящие электричества при обыкновенной температуре (как, например, газы при обычной упругости), являются проводниками, когда они нагреты до известного числа градусов. Вообще сопротивление тела при какой-нибудь температуре t° можно выразить, в зависимости от сопротивления этого тела при 0°, формулой: Здесь α — температурный коэффициент сопротивления. В отношении гальванического сопротивления весьма интересным является селен в кристаллическом состоянии. Такой селен является чувствительным к свету. Его сопротивление весьма значительно уменьшается при освещении. Свет действует также и на сопротивление смеси серы с сернистыми соединениями меди или серебра. Сопротивление такой смеси тоже уменьшается при освещении. Весьма вероятно, что и в селене во время его нагревания в присутствии меди образуются особые селеновые соединения с медью, которые и подвергаются изменениям при действии световых лучей. На сопротивление металлов влияет и намагничивание. Помещение металлического проводника в магнитное поле сопровождается изменением его сопротивления. Особенно обнаруживается такое влияние магнитного поля на висмут.
За единицу сопротивления в настоящее время на практике принимается Ом — сопротивление, оказываемое току ртутным столбом в 106 см длиной при 1 кв. мм сечения и при температуре 0°. В теории электричества за единицу сопротивления принимается сопротивление в 109 раз меньшее, чем Ом. Последняя единица носит название абсолютной электромагнитной единицы сопротивления.
В нижеследующей таблице приведены относительные сопротивления некоторых веществ, взятых в форме куба, ребро которого равно 1 см. Величины сопротивлений даны в миллионных долях Ома (в микроомах). Вместе с сопротивлениями приведены и температурные коэффициенты.
| Серебро при 0° | ρ = | 1,492 | α = | +0,00377 |
| Медь при 0° | 1,584 | +0,00388 | ||
| Платина при 0° | 8,981 | +0,00247 | ||
| Железо отожженное при 0° | 9,636 | +0,00630 | ||
| Нейзильбер при 0° | 20,760 | +0,00044 | ||
| Ртуть при 0° | 94,340 | +0,00072 | ||
| Серная кислота + вода (уд. в. 1,21) при 18° | 0,83x106 | −0,015 | ||
| Обыкновенная вода | 135×1010 | — | ||
| Стекло при 200° | 227×1011 | — | ||
| Гуттаперча при 24° | 353×1011 | — | ||
| Уголь для электр. освещ. при 15° | 3,9x103 | −0,00052 |
Величина, обратная сопротивлению тела, т. е. представляющая собой носит название проводимости этого тела. О проводимости жидкостей см. Гальванопроводность.
Как уже замечено выше, газы, особенно при обычном атмосферном давлении, представляют собой наиболее совершенные изоляторы. Если разделить внешнюю часть цепи поперек тока слоем газа, то даже при самой малой толщине этого слоя не наблюдается совсем тока в цепи. Ток получается только в том случае, когда между отделенными газом концами проводников образуется вольтова дуга. Слой газа, однако, является проводящим, и ток в цепи появляется при сильном нагревании газа. Недавние исследования проф. А. Г. Столетова и Риги показали, что в подобной цепи появляется ток и при обычной температуре газа в слое, когда прилежащая к нему оконечность проводника, на которой электризация отрицательная, освещается ультрафиолетовыми лучами света.
При одной и той же внешней части цепи являющийся в ней ток изменяется вместе с изменением размеров элементов и, главным образом, вместе с изменением состава их. Итак, при одном и том же сопротивлении внешних проводников сила тока в цепи может быть весьма различна. Если соединить начало и конец проводников, составляющих внешнюю часть цепи, с электрометром, способным указывать разность потенциалов на двух телах, последний, как уже сказано, при прохождении тока обнаружит некоторую разность потенциалов на обоих концах этой части цепи. При замене одного элемента другим, иных размеров или иного состава, эта разность потенциалов получается также иная. Если внешняя часть цепи вся состоит из проводников, не разлагающихся действием тока, то, измеряя одновременно силу тока в цепи и разность потенциалов на двух концах внешней части её, мы найдем, что сила тока пропорциональна этой разности потенциалов. Если соединить с электрометром начало и конец любого проводника, помещенного во внешней части цепи, электрометр укажет и на концах этого проводника разность потенциалов, когда в цепи имеется ток. При изменении источника тока, элемента или батареи (также равным образом это относится и к случаям возбуждения тока действием электрических или динамо-машин) протекающий через всякую однородную часть цепи ток изменяет, как показывают опыты, свою силу пропорционально появляющейся на концах этой части цепи разности потенциалов. Если, обратно, удерживать разность потенциалов, указываемую электрометром, на концах проводника одною и тою же и менять сам проводник, беря его с различными сопротивлениями, сила тока в проводнике будет также меняться. Сила тока получается всегда обратно пропорциональной сопротивлению проводника. На основании сказанного получается весьма важное соотношение между силой тока (J), сопротивлением однородного проводника (R) и разностью потенциалов на двух концах этого проводника (V1−V2):
|
|
(1) |
Эта формула и выражает собой известный закон Ома, найденный им из рассмотрения электрического тока в проводнике по аналогии с распространением тепла в теле. Вместо выражения «разность потенциалов на концах проводника» Ом употребил только термин «разность напряжений на концах проводника».
Условившись в выборе соответствующих единиц для силы тока и сопротивления, можно положить в формуле закона Ома коэффициент k = 1. Тогда для всякого однородного, не разлагающегося током, проводника получится:
|
|
(2) |
откуда следует, что разность потенциалов на концах такого проводника будет: V1 − V2 = RJ, и эта разность потенциалов должна быть приравнена единице, когда проводник имеет сопротивление, равное единице, и сила тока, проходящего по нему, также равна единице. Принимая за единицу сопротивления Ом, за единицу силы тока Ампер, получаем единицу для разности потенциалов, называемую Вольт. В теории электричества соответственно абсолютным электромагнитным единицам сопротивления и силы тока будет другая единица и для разности потенциалов. По формуле (2) легко видеть, что такая единица в 108 раз меньше Вольта.
Разность потенциалов на концах проводника очень часто называется электродвижущей силой, действующей в таком проводнике.
Если рассматриваемый проводник во внешней части цепи представляет собой два не разлагающихся током вещества (например, два одинаковых металла), отделенных друг от друга веществами разлагающимися (например, какой-нибудь проводящей жидкостью), или же состоит из нескольких разнородных (химически или даже физически) веществ, не подверженных разложению, формула для силы тока получается несколько сложнее. В этом случае сила тока для такого составного проводника выражается в зависимости от разности потенциалов на концах проводника и сопротивления его через
|
|
(3) |
Здесь е в первом случае представляет собой электродвижущую силу поляризации (см. Поляризация электр.), являющуюся в комбинации упомянутых выше не разлагающихся и разлагающихся тел; во втором случае е выражает собой сумму разностей потенциалов, наблюдаемых в местах соприкосновения разнородных проводников (явление Вольта). Принимая во внимание последнее, более общее выражение для силы тока в отдельных частях цепи, возможно для замкнутой цепи, в которой имеется элемент или батарея (тоже и для случая образования тока динамо-машиной), представить силу тока формулой:
|
|
(4) |
В этой формуле Е, так называемая электродвижущая сила источника тока — элемента или батареи (или динамо-машины), равняется разности потенциалов, наблюдаемой при разомкнутой цепи на полюсах элемента или батареи (или на зажимах в динамо-машине); е — электродвижущая сила поляризации, вызываемая током во внешней части цепи, R — сопротивление этой части цепи и r — сопротивление внутренней части цепи. Когда внешняя часть цепи состоит исключительно из проводников, не разлагающихся током, величина е = 0 и сила тока в цепи представляется через
|
|
(5) |
В случаях более сложных, когда проводники, составляющие цепь, не представляют собой одно сомкнутое кольцо, но так соединены друг с другом, что образуют как бы сеть, в отдельных частях которой находятся источники тока, решение задачи о нахождении силы тока в каждой части этой сети получается на основании двух теорем Кирхгофа.
Теорема I. Если в одном месте пересекаются несколько проводников, то сумма сил токов, притекающих по проводникам к этому месту, равна сумме сил токов, утекающих от него i1 + i2 +… = i′1 + i′2 + i′3 +… Эта теорема, иначе, выражает невозможность непрерывного накопления электричества в месте пересечения проводников (черт. 1).
Теорема II. В каждом замкнутом контуре, выделенном из сети проводников, алгебраическая сумма произведений сил токов в различных частях этого контура на сопротивления этих частей равна алгебраической сумме электродвижущих сил источников тока, находящихся в частях рассматриваемого контура. При этом в обеих алгебраических суммах принимается для рассматриваемой силы тока и электродвижущей силы знак + или −, смотря по направлению (относительно движения часовой стрелки), какое имеет данный ток и по какому образовался бы ток от рассматриваемой электродвижущей силы.
Чертеж 2 изображает сеть проводников. Приложим II теорему Кирхгофа к замкнутому контуру в этой сети ABCDE. Стрелки означают направления токов в отдельных частях этого контура. Пусть большая поперечная линия в местах, в которых показан источник тока, соответствует положительному полюсу этого источника; тогда по II теореме: i1r1 + i2r2 − i3r3 − i4r4 + i5r5 = E1 + E2 − Е4.
II теорема может быть выведена как следствие формулы 3, примененной для всех отдельных частей замкнутого контура.
Нужно заметить, что приведенные формулы для силы тока относятся лишь к случаям токов установившихся, т. е. не изменяющих своей силы. Для токов, изменяющихся по силе или для токов, меняющих свое направление (токи переменные), выражение силы получается несколько иное; в него входит кроме того, величина, характеризующая самоиндукцию рассматриваемого проводника (см. Индукция, Индукционный ток).
Кроме вышеупомянутых, замечаются и другие действия тока. Под влиянием прохождения тока по проводнику в иных случаях изменяется структура этого проводника, изменяются и размеры его. Длина проволоки, по которой идет ток, наблюдается иная, чем без тока и при той же температуре. Проходя по жидкости, находящейся в тонкой стеклянной трубке, ток вызывает в ней особые движения. Сильный ток, пропущенный по твердому проводнику, расплавляет и обращает в пар вещество этого проводника. Всякое изменение силы тока в каком-либо проводнике сопровождается возникновением в другом соседнем проводнике также электрического процесса (индукция); при этом в последнем наблюдается или возбуждение двух противоположных по знаку электризаций (когда проводник не замкнут), или же появление тока (когда проводник замкнут). Подобное же явление происходит и при изменении относительного положения проводника с током и другого проводника без тока. Наконец, при пропускании тока через проволоку, намотанную в виде правильной катушки, внутри которой помещено какое-либо прозрачное тело (все равно, твердое, жидкое или газообразное), наблюдается действие этого тока на поляризованный свет, проходящий сквозь это тело. Плоскость поляризации света повертывается около направления луча на некоторый угол. Все эти действия тщательно изучены, и определены законы, управляющие ими, но сама природа электрического тока до сих пор еще вполне не известна. Не течение, конечно, электрических жидкостей по проводнику составляет электрический ток. Это явление — механическое. Ток, несомненно, представляет собой какие-то движения в эфире; но что это за движения — пока мы не знаем. Весьма интересно учение о токе, выведенное английским физиком Пойнтингом из основ теории Максвелла и имеющее немало сторонников в Англии. По этому учению при существовании тока в цепи не происходит в самих проводниках никакого иного явления, кроме выделения тепла, сам электрический процесс, вызывающий все действия, обычно приписываемый току в проводниках, происходит на самом деле в окружающей изолирующей среде. В последней возникают особые движения эфира, преобразовывающиеся в тепловые движения материи внутри массы проводника. Проводник является, таким образом, разрушителем электрических движений. Само распространение электрических движений происходит не по направлению проводника, а из окружающей среды перпендикулярно к нему.
Примечания
править- ↑ Нужно заметить, однако, что нет абсолютных непроводников электричества. Все тела, называемые непроводниками, взятые в тонком слое, до некоторой степени проводят электричество и при обычных условиях, без нагревания (см. дальше).
- ↑ Электрические состояния, точнее — потенциалы двух различно наэлектризованных тел, делаются равными при соединении этих тел проводником в том случае, когда эти тела химически и физически вполне одинаковы.
- ↑ Направление тока легче всего определяется по отклонению током северного конца магнитной стрелки на основании правила Ампера: для наблюдателя, вообразившего себя плывущим по направлению тока, с лицом, обращенным к северному полюсу стрелки, отклонение северного конца этой стрелки будет казаться влево.
- ↑ В металлах уменьшение сопротивления при охлаждении происходит и при очень низких температурах. По опытам Dewar и Fleming’a такое уменьшение сопротивления наблюдалось до −197° (температуры кипения жидкого кислорода под давлением ртутного столба в 25 мм высоты). Для чистых металлов сопротивление при абсолютном нуле температуры вычисляется близко равным нулю. Уголь, напротив, и при таких охлаждениях показывает увеличение сопротивления.