Источник тока

Если заряженный и незаряженный электроскопы соединить металлическим стрежнем, то в нем возникнет кратковременный электрический ток. Ток существует до тех пор, пока заряды электроскопов не станут равными по величине. Чтобы электрический ток продолжался длительное время, нужно одному электроскопу постоянно добавлять заряд, а с другого в то же время его отводить.

Электрический ток в проводнике можно сравнить с течением воды по трубе, соединяющей два сосуда. Пусть левый сосуд и соединяющая сосуды труба заполнены водой, а в правом сосуде воды будет совсем немного. Когда кран закрыт, вода по трубе не течет. После того, как кран открывают, вода под действием силы тяжести начинает течь из левого сосуда в правый. Вода будет течь по трубе до тех пор, пока высота водяных столбов в сосудах не станет одинаковой.

Если кран открыть, то вода под действием силы тяжести начинает течь по трубе.

Чтобы вода текла продолжительное время, необходимо, чтобы водяной столб в одном сосуде был все время выше, чем в другом. Для этого нужно совершать работу, поднимая воду из второго сосуда в первый. Если соединить сосуды с помощью шлангов и насоса, эту работу будет совершать насос, приводимый в движение, например, рукой человека или электродвигателем.

Вода течет по трубе до тех пор, пока работает насос.

Вода будет течь по соединяющей сосуды трубе, пока работает насос. Сосуды, труба, шланги и насос образуют замкнутый круговорот воды, где вода течет постоянно без того, чтобы ее добавляли или убавляли.

Так и в проводнике может возникнуть непрерывный электрический ток, если включить проводник в замкнутую электрическую цепь с источником тока. Если насос совершает работу, перемещая воду из одного сосуда в другой, то источник тока совершает работу, перемещая заряженные частицы по электрической цепи.

Внутри источника тока происходит разделение положительно и отрицательно заряженных частиц. Эти частицы собираются в местах, которые называются полюсами источника тока. У каждого источника тока два полюса. Полюс с положительным зарядом обозначается знаком «+», полюс с отрицательным зарядом обозначается знаком «–». Между полюсами источника тока образуется электрическое поле. Если соединить полюсы проводником, электрическое поле распространится и в нем. Таким образом, источник тока – это устройство, которое создает в проводнике, соединенном с источником тока, электрическое поле и сохраняет его длительное время.

Расположенные на полюсах источника тока разноименные заряженные частицы создают электрическое поле и внутри источника тока. Это электрическое поле препятствует тому, чтобы заряженные частицы собирались на полюсах, поскольку внутри источника тока заряженные частицы движутся против направления электрических сил – положительно заряженные частицы к положительному полюсу и отрицательно заряженные частицы к отрицательному полюсу. Электрические силы не могут собирать заряженные частицы на полюсах. Это могут делать какие-то внешние, т. е. неэлектрические силы. Насос в круговороте воды тоже приводится в движение внешней силой, а не силой тяжести, которая обусловливает течение воды в трубе, соединяющей сосуды. Так и работу по перемещению заряженных частиц к полюсам совершают внешние силы. Чтобы совершить работу, нужна энергия. Внешние силы совершают работу за счет какого-то другого вида энергии. В результате работы внешних сил какой-либо другой вид энергии превращается в источнике тока в энергию электрического поля, или в электрическую энергию. В зависимости от типа источника тока в энергию электрического поля может превращаться энергия внутренняя, механическая, световая и т. д.

В батарейке карманного фонарика, аккумуляторе, гальваническом элементе одноразового пользования и других химических источниках тока в энергию электрического поля превращается высвобождающаяся в ходе химической реакции внутренняя энергия (часто используется выражение химическая энергия).

Химические источники тока (за исключением аккумуляторов) называются гальваническими элементами.

Внутренняя энергия источника тепла превращается в энергию электрического поля в термоэлементе. Термоэлемент изготовлен из проволоки из двух разных металлов или сплавов металлов. Одни концы кусков проволоки сварены. Если нагревать место сварки, то в проводнике, соединяющем свободные концы термоэлемента, возникнет электрический ток.

В термоэлементе внутренняя энергия источника тепла превращается в электроэнергию.

Электроэнергия, используемая в домашнем хозяйстве, на производстве и на транспорте, получается в результате превращения механической энергии. Механическая энергия превращается в электрическую в генераторах электрического тока.

В динамо-машине велосипеда механическая энергия превращается в электроэнергию.

Световая энергия превращается в энергию электрического поля в фото­элементе. Несколько соединенных между собой фотоэлементов образуют солнечную батарею. Превращение световой энергии в электрическую позволяет экономить топливо и не загрязняет природу. Поэтому в тех районах земного шара, где в году много солнечных дней, в производстве электроэнергии используются солнечные батареи. Фотоэлементы как источники тока используются, например, в карманных калькуляторах и на космических кораблях.

1. Объясни выражение «внутри источника тока в энергию электрического поля превращается какой-либо другой вид энергии».
2. Какой тип источника тока меньше всего загрязняет природу?