Электрический ток, наверное, второе самое важное после огня явление, которое познает человек, но никак не познает его до конца.
Электрический ток – это свет, телевидение, радио, детские игрушки, фонарики, всевозможные генераторы и двигатели, тепло… Везде ток, как и воздух, но он не видим. Мы наблюдаем только его действия и платим за его действия. Мы знаем, где этот ток берется, как доставляется к нам, сколько его доставляется к нам и какого качества.
Общее определение электрического тока такое:
“Электрический ток — направленное движение электрически заряженных частиц, например, под воздействием электрического поля. Такими частицами могут являться: в проводниках — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость).
Электрический ток широко используется в энергетике для передачи энергии на расстоянии”.
Это почти все, что известно о физической сущности электрического тока. Дальше идут только разговоры о форме тока, о направлении тока, о количественных параметрах, о его применении и т.п. Есть понятия о токе проводимости и о токе смещения, но что это такое толком объяснить никто не хочет, а возможно и не может.
Попытаемся последнее положение представить в более наглядных образах.
При изучении электрического тока обычно используют метод сравнения тока с водой. Напряжение представляют в виде напора воды, например, в виде водяного столба, ток представляют в виде количества воды протекающего в трубе, сопротивление представляется толщиной трубы. Чем больше внутреннее сечение трубы, тем меньше сопротивление она оказывает току воды, значит, тем больше протекает воды через это сечение, то есть тем больше ток. Чем выше водонапорная башня, тем больше течет воды по трубе, тем больше ток. Это незамысловатое сравнение применим и мы.
Представим систему в виде замкнутого кольца. Рисунок1.
Труба, в виде кольца, заполненная водой, в точке А в трубе установлен насос, которым можно перекачивать воду по направлению стрелки. Это будет аналог генератора тока.
Пусть это будет ручной насос, нечто наподобие шнека, и он сразу поднимает весь столб воды. Возьмемся за ручку и начнем ее поворачивать. Пока воды в трубе не было, насос вращался легко, а при наполненной трубе проворачивать насос становится труднее. Согласно второму закону Ньютона вода оказывает сопротивление вращению насоса, которое передается руке. Но вот сопротивление начинает ослабевать. Вода набирает определенную скорость, равную скорости движения лопасти насоса по направлению стрелки, и сопротивление воды становится минимальным. Если бы исчезли все побочные силы, например, трение в насосе, поверхностное сопротивление воды, шероховатость трубы и т.п., то вода циркулировала бы сама, и насос крутился бы без нагрузки. Вода никак бы не нагружала насос, а насос не чинил бы сопротивления воде.
В случае возникновения торможения воды в зоне а, кинетическая энергия воды в зоне b заставит воду в зоне а течь с прежней скоростью. Но при открытии крана в точке Б часть воды утечет и в зоне b окажется меньше воды и, следовательно, меньше кинетической энергии. Теперь чтобы в зоне а текло столько же воды и с такой же скоростью, убывшую энергию воды следует заменить работой насоса. Можно поступить и по-другому. В точку В добавить соответствующее количество воды под определенным давлением. Тогда параметры воды в зонах а и b останутся неизменными. Можно вместо воды добавить любое другое вещество: керосин, воздух или что угодно лишь бы в точке В создать, такое же давление, как давление столба воды из зоны c.
Это означает, что возможно организовать циркуляцию любого вещества в данной трубе и если не будет потерь этого вещества и оказания ему сопротивления, то цикл может повторяться бесконечно. Мало того, внутри вещества можно организовывать любые циклы, не выходя за пределы вещества. Можно испарять или замораживать воду и потом возвращать все обратно. Следовательно, в цикле сохраняется не вещество, а энергия. Вещество представляет просто упаковку энергии.
Мы знаем несколько форм энергии: потенциальная, кинетическая, электромагнитная, тепловая, ядерная и другие. Но что является содержанием этих форм? Это один и тот же субстрат или это разные субстраты? То есть, понятие энергия имеет одну и ту же основу или для каждой формы энергии свои основы? В данной статье мы попытаемся понять содержание электромагнитной энергии. Формой ее является электрический ток проводимости или ток смещения. Хотя о субстрате этих токов вроде все понятно, проводимость - это частицы, а смещение - это электромагнитная волна, мы попытаемся подробнее расшифровать эти понятия. Это будет в следующей статье.