Трактат об электричестве и магнетизме

Поэтому, каково бы ни было наше мнение о природе электричества, мы должны принять, что описанный нами процесс представляет собой ток электричества. Этот ток может быть описан как ток положительного электричества от 𝐴 к 𝐵, или как ток отрицательного электричества от 𝐵 к 𝐴, или как комбинация этих двух токов.

По теории Фехнера (Fechner) и Вебера (Weber), электрический ток рассматривается как комбинация двух токов: тока положительного электричества и в точности равного ему тока отрицательного электричества, движущихся в противоположном направлении через ту же среду. Это крайне искусственное предположение о структуре тока необходимо иметь в виду для того, чтобы понять формулировку наиболее ценных экспериментальных результатов, полученных Вебером.

Если, как в п. 36, мы будем считать, что за единицу времени от 𝐴 к 𝐵 передаётся 𝑃 единиц положительного электричества, а от 𝐵 к 𝐴 передаётся 𝑁 единиц отрицательного электричества, то по теории Вебера 𝑃=𝑁, т.е. 𝑃 или 𝑁 следует принять за численную меру тока.

В противоположность этому мы не будем делать предположений относительно связи между 𝑃 и 𝑁, принимая во внимание лишь результат протекания тока, а именно перенос 𝑃+𝑁 единиц положительного электричества от 𝐴 к 𝐵 Мы, таким образом, будем считать истинной мерой тока величину 𝑃+𝑁. Поэтому ток, величину которого Вебер оценил бы в единицу, мы будем считать равным двум.

О постоянных токах

232. В случае тока между двумя изолированными проводниками, имеющими разные потенциалы, процесс быстро заканчивается выравниванием потенциалов этих двух тел, и поэтому ток является, по существу, Переходным Током.

Однако существуют способы, с помощью которых разность потенциалов между проводниками можно поддерживать постоянной. В этом случае ток будет продолжать идти с однородной силой как некоторый Постоянный Ток.

Вольтова батарея

Наиболее удобный способ получить постоянный ток даёт Вольтова батарея.

Для определённости мы опишем Элемент Даниэля.

Раствор сульфата цинка наливается в ячейку из пористой глины, а эта ячейка помещается в сосуд, в котором содержится насыщенный раствор сульфата меди. Кусок цинка погружается в сульфат цинка, а кусок меди - в сульфат меди. К цинку и меди над поверхностями жидкостей припаиваются проводники. Это устройство называется ячейкой, или элементом батареи Даниэля (см. п. 272).

233. Если изолировать элемент, поместив его на непроводящую подставку, и если проволоку, соединённую с медным электродом, привести в соприкосновение с каким-нибудь проводником 𝐴, а проволоку, соединённую с цинковым электродом, привести в соприкосновение с другим каким-нибудь проводником 𝐵, сделанным из того же металла, что и проводник 𝐴, то с помощью чувствительного электрометра можно показать, что потенциал проводника 𝐴 будет превышать потенциал 𝐵 на определённую величину. Эта разность потенциалов называется Электродвижущей Силой Элемента Даниэля.

Если теперь отъединить проводники 𝐴 и 𝐵 от элемента и соединить их между собой с помощью проволоки, то через неё пройдёт переходный ток в направлении от 𝐴 к 𝐵 и потенциалы проводников 𝐴 и 𝐵 уравняются. Проводники 𝐴 и 𝐵 можно затем снова зарядить от гальванического элемента и повторять описанную процедуру до тех пор, пока элемент будет действовать. Но если проводники 𝐴 и 𝐵 соединены проволокой 𝐶 и в то же время связаны с батареей, как описано выше, то элемент будет поддерживать постоянный ток в проволоке 𝐶 и также постоянную разность потенциалов между проводниками 𝐴 и 𝐵. Эта разность потенциалов, как мы увидим, не будет равна полной электродвижущей силе элемента, потому что часть этой силы расходуется на поддержание тока через сам элемент.

Несколько элементов, расположенных последовательно, так что цинк первого элемента соединён металлом с медью второго и т. д., называется Вольтовой батареей. Электродвижущая сила такой батареи равна сумме электродвижущих сил составляющих её элементов. Если батарею изолировать и сообщить ей как целому электрический заряд, то при этом потенциал медного конца всегда будет превышать потенциал цинкового конца на величину, равную электродвижущей силе батареи, каково бы ни было абсолютное значение этих потенциалов. Элементы, входящие в батарею, могут очень сильно различаться по устройству, содержать различные химические вещества и различные металлы при условии, что химические реакции не идут, пока нет тока.

234. Рассмотрим теперь вольтову батарею, у которой концы изолированы друг от друга. Медный конец будет заряжен положительно или стеклообразно, а цинковый конец будет заряжен отрицательно или смолообразно.

Соединим теперь два конца батареи проволокой. Возникнет электрический ток, который очень скоро достигнет постоянной величины. Его и называют Постоянным Током.

Свойства тока

235. Ток образует замкнутую цепь, протекая по проводам в направлении от меди к цинку, а через растворы внутри элемента - в направлении от цинка к меди.