Електричне поле в умовах протікання струму

Рух зарядів у провідниках відбувається під впливом сили, яка діє на ці заряди. Таким чином, існує електричне поле, в нашому випадку це так зване поле постійних струмів . В полі постійних струмів густина зарядів не залежить від часу, хоча може змінюватись у просторі. Це поле є тотожнім (якщо не враховувати магнітні сили) до поля нерухомих зарядів, які розподілені і закріплені у просторі за тим же законом, що і у випадку поля постійного струму. Та обставина, що для випадку постійного струму в заданій точці простору одні заряди замінюються на інші, рівні їм, не відіграє значної ролі. Отже, стаціонарне поле постійного струму, подібне до електростатичного поля, є потенціальним, і для нього виконуються співвідношення

; ; .

Є, однак різниця в цих полях. Для електростатичного поля поверхня будь-якого провідника є еквіпотенціальною, вектор направлений вздовж нормалі до поверхні провідника, на якій має місце поверхнева густина зарядів (згадайте поле у пласкому конденсаторі).

Експеримент свідчить, що у випадку постійного струму поверхня провідника не є еквіпотенціальною, якщо вздовж провідника тече струм. Наявність різниці потенціалів вздовж поверхні означає наявність поля вздовж поверхні . Тому, на відміну від електростатики, вектор для постійного струму нахилений по відношенню до нормалі і має як нормальну , так і тангенціальну складову .

Всередині провідника нормальна складова поля дорівнює нулю, оскільки завдяки поверхні рух зарядів у провіднику в цьому напрямку неможливий (згадайте, лінії струму мають бути замкнутими). На поверхні міститься заряд, поверхнева густина якого . Ці поверхневі заряди змінюються вздовж поверхні (оскільки існує різниця потенціалів вздовж провідника), створюючи тангенціальну складову в просторі над провідником. Але з умови неперервності тангенціальної складової електричного поля , всередині провідника виникає електричне поле , яке приводить заряди в рух, створюючи струм.

Для підтримання постійного струму, тобто руху електронів із сталою швидкістю, потрібна неперервна дія сили, яка дорівнює (заряд електрона). А це означає, що електрони у провідниках рухаються із тертям (точніше, аналогом механічного тертя, або якого ми враховували при створенні поляризації). Інакше кажучи, провідники мають електричний опір.

І це приводить нас до наступного розділу

Дата добавления: 2014-01-20