Выясним, какими свойствами обладает электрическое поле, существующее в электрической цепи при прохождении постоянного тока. Отличается ли это поле от электрического поля неподвижных зарядов? Разобраться в этом поможет следующий опыт. В кювету с прозрачным дном помещают два параллельных проводника и наливают жидкий диэлектрик, в котором во взвешенном состоянии находится мелко стриженный волос. Пока проводники не подключены к источнику тока, кусочки волос располагаются между проводниками хаотично. При подключении же проводников к источнику тока, кусочки волоса располагаются в определенном порядке (рисунок 3, а), видно, что линии напряженности перпендикулярны к проводникам. Это – электростатическое поле неподвижных зарядов. В этом случае потенциал всех точек поверхности каждого из проводников одинаков, чем можно убедиться, подключив к двум произвольным точкам проводника электрометра.
Если концы проводников соединить проводящей перемычкой в цепи возникнет ток и картина поля сразу же изменится (рисунок 3, б). Теперь линии напряженности оказываются искривленными и неперпендикулярными поверхностям проводников.
Следовательно, электрическое поле, существующее между проводами замкнутой цепи, отлично от электрического поля разомкнутой цепи.
а) б)
Рисунок 3 – электростатическое поле
Поверхность проводников, когда по ним течет электрический ток, не является поверхностью равного потенциала. В этом, можно убедиться на опыте, изображенном на рисунке 4. Электрометр, присоединенный к двум удаленным друг от друга точкам поверхности одного из проводников, обнаруживает наличие между этими точками разности потенциалов.
Рисунок 4 – экспериментальная установка
Заменим в рассмотренном выше опыте обычные провода желобом из изолятора, в который наливают слегка подкисленную воду. С помощью специальных щупов подключим к двум точкам желоба электростатический вольтметр. Если эти точки смещены друг относительно друга вдоль проводника, то вольтметр обнаружит наличие разности потенциалов. Это значит, что внутри проводника имеется электрическое поле.
Детальное изучение этого поля показало, что в случае однородных проводников линии напряженности этого поля параллельны оси проводника (рисунок 5). Таким образом, в замкнутой цепи электрическое поле существует и вне проводов, и внутри их. Электрическое поле, существующее внутри проводов, вызывает упорядоченное движение свободных зарядов, т. е. является причиной электрического тока.
Из курса физики VIII класса вы знаете, что ток вызывает появление вокруг проводов магнитного поля. Следовательно, электрическое поле замкнутой цепи постоянного тока связано с магнитным полем.
Рисунок 5 – магнитное поле вокруг проводника с током
Значит, в замкнутой электрической цепи существует единое электромагнитное поле, схематически показанное на рисунке 6.
Рисунок 6 – магнитное поле вокруг в замкнутой электрической цепи
Так как и электрическое, и магнитное поля цепи постоянного тока не изменяются во времени, то образованное ими единое электромагнитное поле называют стационарным полем.
Подводя итог, перечислим характерные особенности стационарного электрического поля замкнутой цепи постоянного тока.
· Для поддержания стационарного электрического поля постоянного тока необходимо, чтобы в цепи происходило превращение сторонних видов энергии в энергию электрического поля.
· Энергия стационарного электрического поля на внешнем участке цепи превращается в другие виды энергии.
· Стационарное электрическое поле существует и вокруг проводников, и внутри их.
· Линии напряжённости внутри проводника параллельны его оси, а вне проводника они имеют наклон к его поверхности.
· Потенциал разных точек поверхности проводника различен.
· Напряжённость и потенциал любой точки стационарного электрического поля постоянны во времени.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.