Чтобы в проводнике существовал электрический ток, одного факта “есть провод” недостаточно. Нужны заряженные частицы, которые могут двигаться, и причина, заставляющая их двигаться упорядоченно.
Свободные заряды
Первое условие существования тока - наличие свободных зарядов.
Свободные заряды могут перемещаться внутри вещества:
- в металлах это свободные электроны;
- в растворах и расплавах электролитов - положительные и отрицательные ионы;
- в газах при ионизации - ионы и электроны.
Если свободных зарядов нет, вещество не может проводить ток в обычных условиях. Поэтому металлический провод проводит ток, а сухая стеклянная палочка в такой же простой цепи - нет.
Электрическое поле в проводнике
Второе условие - наличие электрического поля в проводнике.
Электрическое поле действует на свободные заряды силой. Из-за этого к их хаотическому движению добавляется направленное движение: возникает ток.
Важно
Свободные заряды сами по себе ещё не дают тока. Пока нет электрического поля, электроны в металле движутся хаотически, и суммарного переноса заряда через сечение нет.
Почему нужен источник тока
В замкнутой цепи ток должен поддерживаться не мгновение, а всё время работы цепи. Для этого нужен источник тока: батарейка, аккумулятор, генератор.
Источник тока разделяет заряды и поддерживает между своими клеммами разность потенциалов. Когда цепь замкнута, это создаёт электрическое поле в проводниках цепи.
Напряжение
Напряжение показывает, какую работу может совершить электрическое поле при переносе заряда между двумя точками цепи.
В электростатике напряжение связано с разностью потенциалов. В цепях постоянного тока напряжение удобно понимать как характеристику участка цепи: чем больше напряжение на участке при прочих равных условиях, тем сильнее поле действует на носители заряда.
Единица напряжения в СИ - вольт: .
ЭДС
ЭДС характеризует источник тока. Она показывает, насколько эффективно источник поддерживает разделение зарядов и создаёт условия для тока в замкнутой цепи.
ЭДС не равна “силе тока” и не является силой в механическом смысле. Это энергетическая характеристика источника. Подробная формула для ЭДС источника относится к следующему отдельному пункту кодификатора про источники тока.
Не путать
Условия существования тока не являются законом Ома. Закон Ома для участка цепи связывает силу тока, напряжение и сопротивление, но это уже следующий пункт.
Также не надо смешивать напряжение и ЭДС:
- напряжение обычно относится к участку цепи;
- ЭДС относится к источнику тока и его способности поддерживать ток.
Коротко
- Для тока нужны свободные заряды.
- На свободные заряды должно действовать электрическое поле.
- Для постоянного тока цепь должна быть замкнута, а источник тока должен поддерживать поле в проводниках.
- Напряжение характеризует участок цепи.
- ЭДС характеризует источник тока.