ÔÈÇÈÊÀ
Как уже отмечено, внутри проводника с током должно существовать электрическое поле.
Чем же порождается это поле? Так как существование постоянного тока в цепи обеспечивается соответствующим источником постоянного тока, например, гальваническим элементом, то ясно, что он имеет какое-то отношение к порождению электрического поля. Однако непосредственно он не может породить это поле. Такое утверждение очевидно в случае очень длинного проводника для участков цепи, удалённых от батареи на очень большое расстояние, например, на сотни километров.
Напряжённость электрического поля, которую могут создать заряды полюсов батареи, на этом расстоянии ничтожно мала. Следовательно, батарея не может быть непосредственным источником электрического поля внутри проводника.
Единственным источником постоянного электрического поля может быть только электрический заряд.
Как показывает опыт, на поверхности проводника, по которому течёт постоянный электрический ток, имеются электрические заряды. Они и являются источниками электрического поля, которое существует в проводнике и обеспечивает наличие постоянного тока.
Рассмотрим более подробно механизм осуществления постоянного тока. Источник тока по результатам своего действия представляет собой процесс или устройство, отделяющее положительные заряды от отрицательных. После разделения заряды перемещаются на электроды и по закону Кулона действуют на заряды проводника вблизи электродов, которые в свою очередь действуют на другие заряды и т.д. В результате этих коллективных взаимодействий в цепи на поверхности проводников возникает такое распределение зарядов, которое обеспечивает существование внутри проводника соответствующего электрического поля. Таким образом, роль зарядов на полюсах источника сторонних э.д.с. состоит не в том, чтобы создавать во всех проводниках непосредственно соответствующее электрическое поле, а в том, чтобы обеспечить такое распределение поверхностных зарядов на проводниках, которое создаёт нужное электрическое поле внутри них. А это и обеспечивает существование постоянного тока.
Поскольку взаимодействие между зарядами осуществляется посредством электромагнитных сил, процесс образования постоянного тока в цепи после её замыкания характеризуется скоростью распространения электромагнитных волн, зависящей от распределения ёмкостей, индуктивностей и других характеристик цепи. В свободном пространстве скорость распространения электромагнитных взаимодействий равна скорости света. Отсюда в разных частях замкнутой цепи носители начинают своё движение практически одновременно. Для того, чтобы поддерживать ток достаточно длительное время нужно от конца проводника с меньшим потенциалом 
(носители тока предполагаются положительными), непрерывно отводить приносимые туда током заряды, а к концу с большим потенциалом 
непрерывно их подводить (рис. 3.4.1). Иными словами, необходимо осуществить круговорот зарядов, при котором они двигались бы по замкнутому пути. Это согласуется с тем, что линии постоянного тока замкнуты.
Рис. 3.4.1 |
Циркуляция вектора напряжённости электростатического поля равна нулю. Поэтому в замкнутой цепи наряду с участками, на которых положительные носители движутся в сторону убывания потенциала, должны иметься участки, на которых перенос положительных зарядов происходит в направлении возрастания потенциала, т.е. против сил электростатического поля (внутри источника ε). Перемещение носителей на этих участках возможно лишь с помощью сил неэлектростатического происхождения, называемых сторонними силами. Таким образом, для поддержания тока необходимы сторонние силы, действующие либо на всём протяжении цепи, либо на отдельных её участках. Эти силы могут быть обусловлены химическими процессами, диффузией носителей тока в неоднородной среде или через границу двух разнородных веществ, электрическими (но не электростатическими полями), порождаемыми меняющимися во времени магнитными полями и т.д.
Сторонние силы можно охарактеризовать работой, которую они совершают над перемещающимися по цепи зарядами.
Величина, равная работе сторонних сил над единичным положительным зарядом, называется электродвижущей силой (э.д.с.) ε, действующей в цепи или на её участке. Следовательно, если работа сторонних сил над зарядом q равна А , то
(3.4.8)
Из сопоставления формул (3.1.53) и (3.4.8) вытекает, что размерность э.д.с. совпадает с размерностью потенциала. Поэтому ε измеряется в тех же единицах, что и φ.
Стороннюю силу 
, действующую на заряд q, можно представить в виде
(3.4.9)
Векторную величину 
называют напряжённостью поля сторонних сил. Работа сторонних сил над зарядом q на участке цепи 1-2 равна:
Разделив эту работу на q получим э.д.с., действующую на данном участке:
(3.4.10)
Аналогичный интеграл, вычисленный для замкнутой цепи, даст э.д.с., действующую в данной цепи:
(3.4.11)
Таким образом, э.д.с., действующая в замкнутой цепи, определяется как циркуляция вектора напряжённости сторонних сил.
Кроме сторонних сил, на заряд действуют силы электростатического поля 
. Следовательно, результирующая сила, действующая в каждой точке цепи на заряд q, равна:
Работа, совершаемая этой силой над зарядом q на участке 1-2, определяется выражением:
(3.4.12)
Величина, численно равная работе, совершаемой электростатическими и сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется падением напряжения U на данном участке цепи:
(3.4.13)
Участок цепи, на котором не действуют сторонние силы, называется однородным. Участок, на котором на носителе тока действуют сторонние силы, называется неоднородным. Для однородного участка цепи:
(3.4.14)
т.е. напряжение совпадает с разностью потенциалов на концах участка.
ê ê ê