Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

А как представить себе те «пограничные войска», которые смогут удержать избыточные заряды в пределах электрода?

И еще одно сомнение: если избыточные заряды не выходят за пределы генератора, то, значит, электрическое поле, которым генератор, собственно говоря, и подталкивает свободные электроны (Т-8), должно доставать до любой, даже самой удаленной точки цепи… А если генератор находится в Москве и к нему проводами подключена нагрузка, которая находится во Владивостоке?

Рассказывают, что однажды Наполеон приехал в артиллерийскую часть, которая накануне подвела его в очень важном сражении, и спросил тамошних командиров: «Вы почему же, такие-сякие, вчера в самый ответственный момент перестали стрелять?» — «У нас на то было, — отвечали артиллеристы, — восемнадцать причин». — «Ну-ка, давайте выкладывайте, называйте свои причины». — «Во-первых, у нас не было снарядов, во-вторых…» — «Стоп, хватит, — прервал артиллеристов Наполеон, — дальше рассказывать не нужно. Все остальное уже не имеет значения…»

Этим рассказом обычно хотят подчеркнуть, что во всяком деле есть стороны более важные и менее важные и есть самые важные, принципиально важные, такие, что если их не учитывать, то «все остальное уже не имеет значения». Одна из чрезвычайно важных особенностей всякой электрической цепи — это то, что ток во всех ее участках одинаков; при разветвлении имеется в виду сумма тока в ветвях (Р-26;6,7). Другая принципиально важная особенность цепи связана с вопросом, который мы только что пытались обсуждать: где фактически заканчивается область со скоплением избыточных зарядов, где кончаются электроды генератора?

Разобраться в этом нам поможет довольно простая аналогия: захватив санки, мы заберемся на высокую снежную гору и, на время забыв об электрических цепях, прокатимся вниз (Р-21;2,3,4).

Р-21

Прокатимся? Возможно… Но только не в этот раз. Мы подходим к краю снежной горы и вместо покатого склона видим резкий обрыв, затем совершенно ровное снежное плато и опять обрыв. О том, чтобы прокатиться на санках с такой горки, и речи быть не может, с нее можно только упасть.

Находим другой спуск, на этот раз очень пологий и ровный, без единого бугорка или впадины. Но при внимательном рассмотрении оказывается, что и этот спуск не очень-то хорош для катания на санках: участки рыхлого снега чередуются на нем с гладким, блестящим льдом и с голой оттаявшей землей. По такой дорожке санки будут двигаться рывками — по льду они мчатся быстро, по рыхлому снегу им двигаться труднее, а на голой земле могут совсем остановиться.

После долгих поисков находится, наконец, горка хорошая во всех отношениях. На ней, правда, как и на предыдущей, тоже чередуются лед, снег и оттаявшая земля, но наклон этих разных участков тоже разный: там, где лед, дорога пологая, где снег, она идет несколько более круто, а там, где появилась голая земля, спуск совсем крутой. Одним словом, там, где санкам трудней двигаться, там спуск круче.

Три придуманные нами горки иллюстрируют три варианта распределения избыточных зарядов в электрической цепи (Р-21;2,3,4). Первый вариант: все избыточные заряды, появившиеся в генераторе, сконцентрированы на его электродах. Этот вариант уже забракован нами: в замкнутой цепи не может быть электрического обрыва. Второй вариант — избыточные заряды после подключения цепи равномерно распределяются по всем ее участкам, и свободные электроны, создающие ток, подталкиваются на всем своем пути с одинаковой силой. Но такое тоже невозможно: на участках с разным сопротивлением свободные электроны в этом случае двигались бы с разными скоростями, подобно санкам, спускающимся со второй нашей горки. То есть в последовательной цепи на участках с разным сопротивлением шел бы разный ток, чего, конечно, быть не может.

От неудачного второго варианта остается всего один шаг до следующего, третьего, который в точности соответствует действительности. Знакомство с этим третьим вариантом мы начнем с прокручивания очередного учебного кинофильма.

Представьте, что мы движемся вдоль последовательной электрической цепи и всякий раз берем из нее пробу вещества, подобно тому, как геолог берет для химических анализов пробу грунта. Начнем с «минуса» генератора, с отрицательного электрода.

В пробе, взятой из него, естественно, обнаружится избыток отрицательных зарядов, ну, скажем, лишняя тысяча электронов (эта цифра, как и все последующие, — чистая выдумка, цифры подобраны так, чтобы пояснить суть дела, его качественную сторону). Движемся в сторону положительного электрода и еще раз берем пробу, на этот раз уже в соединительном проводнике. Здесь избыток отрицательных зарядов несколько меньше — в том месте, где проводник соединяется с нагрузкой, с лампочкой, в пробе оказалось 990 электронов. Как видите, разница в количестве избыточных зарядов на концах соединительного провода невелика — на одном его конце всего на 10 зарядов больше, чем на другом.