Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

А вот пройдя по нити лампочки, мы обнаружим большое различие в количестве избыточных электронов — на одном конце нити их, как мы только что установили, 990, а на другом оказывается уже 590 — разница в 400 избыточных электронов. Двигаясь дальше, мы в какой-то момент обнаружим участок цепи, где избыточных электронов вообще нет, а затем начнут появляться избыточные положительные заряды, положительные ионы самого металла. По мере продвижения к «плюсу» количество избыточных положительных зарядов будет все возрастать и на положительном электроде достигнет своего максимума — 1000 лишних ионов в каждой пробе.

Учебный фильм «Путешествие вдоль электрической цепи» так же, как и наш третий вариант санного спуска (крутизна отдельных участков тем больше, чем больше трение по их поверхности), иллюстрирует точно установленный порядок распределения избыточных зарядов. До тех пор, пока генератор находится в одиночестве, избыточные заряды сконцентрированы только на его электродах. Но подключите к генератору внешнюю цепь, и продукция генератора — избыточные заряды — появится во всей цепи, распределится по различным ее участкам. Но неравномерно. Заряды автоматически распределятся так, что на участок с большим сопротивлением придется большее их количество. А это значит, что чем больше сопротивление участка, тем сильнее будут проталкиваться через него свободные электроны. И в итоге получится, что во всех участках, независимо от их сопротивления, установится одинаковый ток. Так же как может установиться одинаковая скорость движения саней на горке с разным покрытием (лед, снег, земля) и с разной крутизной спуска.

Хочется обратить особое внимание на слово «автоматически». Скопление зарядов на разных участках цепи регулируется самим током. Если вдруг в какой-нибудь точке избыточных зарядов станет чуть больше или чуть меньше, например, потому, что по каким-то причинам сопротивление одного из участка цепи изменилось, ток тут же на мгновение изменится и исправит нарушение баланса, добавит немного зарядов или убавит. Причем всегда с таким расчетом, чтобы восстановить свое неизменное значение во всей цепи.

Теперь мы должны другими глазами взглянуть на электрическую цепь, по которой идет ток. На каждом участке такой цепи, а не только на электродах генератора, есть избыточные заряды, а значит, между любыми двумя точками цепи действует электродвижущая сила. Конечно же, первопричина всех этих местных электродвижущих сил — генератор. Именно в нем за счет других видов энергии (свет, тепло, химические реакции, механическая работа) происходит электризация атомов, накапливаются избыточные электроны или положительные ионы. Но в итоге все избыточные заряды, вся электрическая энергия, вырабатываемая генератором, распределяется между участками цепи. А могло ли быть иначе? Нужно же как-то двигать свободные заряды по этим участкам, создавать в них ток…

Ту часть э.д.с., которая достается какому-либо участку цепи, принято называть напряжением на этом участке и обозначать буквой U (Р-21. Р-22).

Р-22

Как уже несколько раз подчеркивалось, разница в избыточных зарядах на концах какого-либо участка последовательной цепи автоматически оказывается тем больше, чем больше сопротивление этого участка. То есть, иными словами, напряжение на участке цепи пропорционально сопротивлению участка. Ну, а кроме того, по абсолютной величине это напряжение тем больше, чем больше сама э.д.с., — если делить на несколько человек большой каравай хлеба, то каждому достанется больше, чем если бы делить маленькую булочку (Р-26;2).

И еще — между током I, напряжением U на участке и сопротивлением R действуют соотношения закона Ома, в этом случае их называют законом Ома для участка цепи (Р-22;2,3,4. Р-23).

Р-23

Если отвлечься от того, что происходит во всей последовательной цепи, и рассматривать только события на одном ее участке, то из формулировок закона Ома наиболее удобной становится такая: напряжение на участке цепи тем больше, чем больше его сопротивление и чем больший ток по нему идет (Р-22;2). Вот в этом самом «…чем больший ток по нему идет» отражены сразу все сложные взаимные связи между элементами цепи. В частности, отражено то, что на напряжение влияет э.д.с. генератора: чем она больше, тем больше ток в цепи и, значит, напряжение во всех ее участках.

Местная э.д.с., то есть напряжение на участке цепи (часто говорят — «падение напряжения»), это не выдумка, помогающая что-то объяснить или подсчитать. Это реальность. Причем настолько реальность, что к любому участку цепи, как к генератору, можно подключить свою нагрузку и образовать свою местную цепь в большой общей цепи. При подключении такой местной нагрузки, как при всяком параллельном подключении, несколько уменьшится общее сопротивление этого участка, а значит, и реально действующее на нем напряжение.