Учебник - Трактат об электричестве и магнетизме Том 1 - Джеймс К.М. (1238775), страница 73

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 73)

Здесь же отметим лишь тот факт, что электрический ток обладает магнитным действием, которое проявляется вне тока и по которому может быть установлено существование тока н измерена его величина без прерывания цепи или введения чего бы то ни было в сам ток.

Установлено, что величина магнитного действия строго пропорциональна силе тока, измеренной по продуктам электролиза в вольтаметре, и совсем не зависит от природы проводника, по которому идет ток, будь то металл или электролит. 240. Прибор, определяющий силу электрического тока по ее магнитным действиям, называется Гальванометром. Как правило, гальванометры состоят из одного нли нескольких витков, сдеяанных из проволоки с шелковой изоляцией. Внутри этих витков подвешен магнит, ось которого горизонтальна. Когда по проволоке проходит ток, магнит стремится принять такое положение, при котором его ось перпендикулярна плоскости катушек.

Если мы предположим, что плоскость катушек параллельна плоскости земного экватора, а ток обтекает катушку с востока на запад, в направлении кажущегося Глава !!. Проводимость и сопротивление движения Солнца, то магнит внутри катушки стремится принять такое же положение, что и Земля, рассматриваемая как большой магнит, причем северный полюс Земли подобен тому концу стрелки компаса, который указывает на Юг. Гальванометр является наиболее удобным прибором для измерения силы электрических токов. Поэтому мы будем предпатагать, изучая законы электрического тока, что создание таких приборов возможно, а обсуждение их действия отложим до четвертой части. Таккм образом, когда мы говорим, что электрический ток имеет определенную величину, мы подразумеваем, что измерение выполнено с помощью гальваномегра.

ГЛАВА !1 ПРОВОДИМОСТЬ И СОПРОТИВЛЕНИЕ 241. Если с г!смощью электрометра мы определим электрический потенциал в различных точках цепи, в которой поддерживается постоянный ток, то мы найдем, что на л!обсм участке цепи, состоящей из одного-единственного металла с однородным распределением температуры по объему, значение потенциала в любой точке превышает его значение в любой другой точке, расположенной дальше по направлению тока, нв величину, зависящую от силы тока, а также от природы и размеров входящего участка цепи. Разность потенциалов в крайних точках этого участка цепи называется Внешней электродвижущей силой, действующей на данный участок.

Если рассматриваемая часть цепи не является однородной, но содержит переходы от одного вещества к другому, от металлов к электролитам или от более теплых участков к более холодным, то может оказаться, что, кроме внешней электродвижущей силы, существуют еще внутренние силы, которые необходимо учитывать. Соотношения между Электродвижущей Силой, Током и Сопротивлением были впервые исследованы д-ром Г. С. Омом в работе, которая была опубликована в !827 году под заглавием О!е Са!пап«тепе Ке!!е Майтета!!зсй Веагбег!е1, а затем переведена в Тау!ог'з Вс!епЦгс Мета!гз.

Результат этих исследований для случая однородных проводников обычно называют «Закон Ома», Закон Ома Влектродвижущая сила, действующая между крайними точками любого участка цепи, равна произведению силы тока на сопротивление этого участка цепи. Здесь вводится новое понятие — Сопротивление проводника, которое определяется как отношение электродвижущей силы к вызываемой ею силе тока.

Введение этого понятия было бы лишено научной ценности, если бы Ом не показал экспериментально, что оно отвечает реальной физической величине, т. е. имеет вполне определенное численное значение, которое меняется лишь в том случае, когда меняется природа проводника. При этом, во-первых, сопротивление проводника не зависит от силы проходящего через него тока. Часть 1Ь Электрокккемагккк Во-вторых, сопротивление не зависит от электрического потенциала, под которым находится проводник, а также от плотности распределения электричества на поверхности проводника.

Оно зависит исключительно от природы тех материалов, из которых составлен проводник, от агрегатного состояния различных частей проводника и от его температуры. Сопротивление проводника может быть измерено с точностью до одной десятитысячной или даже одной стотысячной доли его величины, и к настоящему времени исследовано столь много проводников, что наша уверенность в справедливости закона Ома очень высока, В шестой главе мы рассмотрим приложения этого закона и следствия из него. Образование тепла током 242. Мы видели, что когда электродвижущая сила вызывает ток через проводник, электричество перемещается от места с более высоким к месту с более низким значением потенциала.

Если это перемещение осуществляется путем конвекции, т. е. с помощью повторяющихся переносов заряда на изолированном шаре от одного места к другому, то электрические силы совершают над шаром работу, и это обстоятельство может оказаться существенным. Действительно, это оказывается отчасти существенным в случае тех цепей с сухими батареями, где электроды выполнены в виде колокольчиков, а шар, переносящий заряд, колеблется, подобно маятнику, между этими двумя колокольчиками и соударяется с ними по очереди.

При этом электрическое действие поддерживает колебание маятника, а также обеспечивает распространение звука колокольчиков на расстоянии. В случае проводящей проволоки мы имеем дело с тем же перемещением электричества от места с более высоким к месту с более низким потенциалом без совершения при этом какой-либо внешней работы.

Поэтому закон Сохранения Энергии ведет нас к поискам работы, производимой внутри проводника. В электролите эта внутренняя работа состоит частично в разделении его компонентов. В других проводниках она целиком переходит в тепло. В этом случае энергия, перешедшая в тепло, равна произведению электродвижущей силы на количество проходящего электричества. Но электродвижущая сила равна произведению тока на сопротивление, а количество электричества равно произведению тока на время. Поэтому количество тепла, умноженное на механический эквивалент единицы тепла, равно квадрату силы тока, умноженному на сопротивление и время. Тепло, выделяемое электрическим током при преодолении сопротивления проводника, было определено д-ром Джоулем (.)оц)е).

Он сначала установил, что тепло, производимое в заданное время, пропорционально квадрату тока, а затем, проведя тщательные абсолютные измерения всех рассматриваемых величин, подтвердил справедливость уравнения 1Н=- С'Ю, где У вЂ” найденный Джоулем механический эквивалент теплоты, Н вЂ” число единиц теплоты, С вЂ” сила тока, Я вЂ” сопротивление проводника, 1 — время прохождения тока.

Глава 11. Проводимость и соиротивлеаие Эти соотношения между электродвижущей силой, работой и теплом были впервые полностью объяснены сэром У. Томсоном в статье, посвященной приложению принципа механического действия к измерению электродвижущих сил '. 243. Аналогия между проводимостью электричества и проводимостью тепла на первый взгляд кажется почти полной.

Если взять две геометрически подобных системы, таких, что коэффициент теплопроводности в любой части первой системы пропорционален проводимости электричества в соответствующей части второй системы, а также сделать и температуру в каждой части первой системы, пропорциональной электрическому потенциалу в соответствующей точке второй системы, то поток тепла через любую поверхность в первой системе будет пропорционален потоку электричества через соответствующую поверхность во второй системе. Таким образом, в приведенном нами примере поток электричества соответствует потоку тепла, а электрический потенциал соответствует температуре, Электричество стремится перетекать от мест с высоким к местам с низким потенциалом, в точности так же, как тепло стремится перетекать от мест с высокой к местам с низкой температурой.

244. Таким образом, теория электрического потенциала и теория теплоты могут быть использованы одна для иллюстрации другой. Однако между электрическими и тепловыми явлениями имеется одно замечательное различие. Внутри замкнутого проводящего сосуда подвесим на шелковой нитке какоеннбудь проводящее тело, затем зарядим сосуд электричеством. Потенциал сосуда и всего его содержимого сразу же возрастет, но как бы долго и как бы сильно ни электризовался сосуд, внутри него не будет замечено никаких признаков электризации, а тело, извлеченное из сосуда, не проявит никаких электрических воздействий, независимо от того, находилось ли оно в контакте с внутренней поверхностью сосуда или нет. Однако если сосуд нагреть до высокой температуры, то тело внутри тоже нагреется до той же температуры, хотя и через значительное время.

Характеристики

Список файлов книги