ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ
Электрический Электрический заряд - количество электричества, содержащееся в данномтеле. Электрический ток. - Если погрузить в проводящую жидкость, напр.,в раствор серной кислоты, два разнородных металла, напр., Zn и Сu, исоединить эти металлы между собой металлической проволокой, то в этойсистеме возникает особый процесс, называемый электрическим током.Указанный выше способ получения Э. тока не единственный и даже не самыйлучший, он только исторически первый. Э. ток возникает и в замкнутойцепи из двух металлов, если вызвать разность температур двух спаев этихметаллов. Он возникает точно также под влиянием механических сил(динамо-машины). Последний способ дает самые сильные токи. Э. токхарактеризуется разнообразными явлениями. Проволока, по которой онтечет, нагревается; жидкость, по которой он проходит, подвергаетсяхимическим изменениям; магнитная стрелка вблизи тока ориентируетсяособым образом; два проводника с токами механически друг на другадействуют. Проходя через спай двух металлов, ток вызывает в нихнагревание или охлаждение (явление Пелтье); в момент замыкания илиразмыкания ток индуктирует в соседнем проводнике кратковременный ток ит. д. Разумеется, не всякий ток достаточно силен, чтобы обнаружить ясновсе явления; но это уже вопрос чисто количественный. Известно, какимобразом исторически развивалось учение об Э. токе. Вольта показал, чтодва диска из различных материалов, приведенные в соприкосновение и затемразведенные оказываются наэлектризованными - один отрицательно, другойположительно. То же самое явление происходит при соприкосновении металлаи жидкости. Вольта назвал металлы проводниками первого рода, проводящиежидкости - проводниками второго рода. Проводники первого рода могут бытьрасположены в особый ряд, ряд Вольты. Этот ряд обладает замечательнымисвойствами. Если два разнородных металла погрузить в жидкость,проводящую ток, то на этих двух металлах обнаруживается электризация, наодном положительная, на другом отрицательная. Между ними существует,следовательно, известная разность потенциалов. Эта разность потенциаловподдерживается; поэтому, если соединить концы металлов каким-либопроводником, то по этому проводнику должно произойти передвижениеколичеств электричества, так как потенциалы будут стремиться сравняться;но так как разность потенциалов на концах металлов поддерживается, тосистема не может придти в статическое состояние и вдоль по проводникупойдет, как говорят, Э. ток. Сосуд с жидкостью, в которую погружены дваразличных металла, можно назвать простейшей схемой гальваническогоэлемента, Заметим, что представление о токе, как о передвижении Э.количеств в проводнике приводить к выводу, что движущийся в определенномнаправлении заряженный шарик должен вызвать явление подобное току. Этоподтверждается опытами Роуланда. Заметим также, что в известных условияхвозможен Э. ток в проводнике без существования разности потенциаловмежду различными точками его. Таков ток, возникающий в кольце привозникновении или исчезновении Э. тока в катушке, расположеннойсимметрично относительно всех точек кольца. Мы пока оставляем в сторонепопытки объяснения явления, т. е. вопрос, почему при соприкосновенииразнородных тел на них появляется электризация. Мы можем рассматриватьЭ. токи линейные, а также и в проводниках двух или трех измерений. Еслимы назовем потенциал в данной точке через V, элемент поверхности,проходящий через данную точку, через ds, нормаль к поверхности через n иколичество электричества, протекающее в элемент времени dt через элементповерхности через dQ, то мы получаем следующее основное уравнение дляустановившегося тока: Здесь l коэффициент, который можно назвать удельнойэлектропроводностью. Основное уравнение (1) введено Омом в учение об Э.токе по аналогии с совершенно подобным уравнением, лежащим в основеучения Фурье о распространении тепла по теплопроводности. Заметим, чтовопрос о течении электричества в проводнике двух или трех измененийпредставляет очень большие теоретические затруднения и очень малыйпрактический интерес. Им занимались, между прочим, Кирхгоф и Гельмгольц.Мы разберем только случай течения тока в линейном проводнике, заметив,что линейный проводник не должен представлять собою математическуюлинию. Линейный проводник - это такой, где в каждом сечении плотностьтока всюду одна и та же и притом ток параллелен оси, т. е.перпендикулярен к площади сечения. В таком случае из уравнения (1) и изусловия, что, в случае установившегося Э. тока, количествоэлектричества, протекающее в единицу времени через какое-либо сечение,должно быть одно и то же для всех сечений, легко получить следующееуравнение: . (2) Здесь у есть сила тока, т. е. количество электричества,протекающее через данный проводник в единицу времени; V1 - V2 естьразность потенциалов на концах линейного проводника. Знаменатель естьгальваническое сопротивление проводника. Как видно, сопротивлениепроводника тем больше, чем больше его длина l и чем меньше его сечениеs. Величина есть величина, обратная удельной электропроводности. Онаносит название удельного сопротивления. Формула (2) и выражает собою закон Ома. Если ток проходит по проводнику однородному, но состоящему изнескольких последовательных частей с сопротивлениями r1, r2, r3, . . ..rn, то сила тока у будет выражаться формулой .(2') Здесь V - потенциал, в начале первого проводника, V2 -потенциал в конце последнего. Если ток проходит по разнороднымпроводникам, то надо принимать во внимание электродвижущие силы,возникающие в местах соприкосновения разнородных веществ, и формула Оманапишется таким образом: Здесь V1, - потенциал в начале рассматриваемой цепи, а V2 - потенциалв конце ее. Не трудно вывести отсюда, что сила тока в замкнутой цепи,состоящей из элемента и провода, соединяющего полюсы элемента, будетвыражаться формулой: где Е - электродвижущая сила элемента, W - сопротивление элемента, R- сопротивление провода. Приложимость закона Ома чрезвычайно велика. Проверки, предпринятыйрядом лиц, в общем, подтвердили этот закон. Опыты над Э. током в газахпоказали, что и при токах в газах не наблюдается пропорциональностимежду величинами у и Е, как следовало бы по закону Ома. Дж. Дж. Томсонинтерпретировал это явление, наблюденное многими лицами. Всевышеизложенное относится к тому случаю, когда оба металла, т. е. полюсыэлемента соединяет только один проводник или же ряд последовательносоединенных проводников. Если же ток разветвляется в ряд отдельныхпроводников, то для определения силы тока в каждой ветви надопользоваться законами Кирхгофа. Законов Кирхгофа два. 1) Алгебраическая сумма сил токов во всех линейных проводниках,пересекающихся в одной точке, равна нулю. или i1+i2+i3-i4-i5=0 i1+i2+i3= i4+i5 2) В каждом замкнутом контуре, выделенном мысленно из данной сетипроводников, алгебраическая сумма, составленная из произведений сил токав ветвях данного контура на сопротивления в тех же ветвях, равнаалгебраической сумме электродвижущих сил, расположенных в ветвяхрассматриваемого контура. Sikrk=SEk. На формуле Ома и ее следствиях основаны главнейшие способыопределения силы токов, разностей потенциалов и электродвижущих сил и,наконец, удельных сопротивлений и сопротивлений проводников. Заметим,что вышеприведенные выражения для формулы Ома относятся к току ужеустановившемуся. В момент возникновения тока в проводнике и в моментисчезновения сила тока будет выражаться более сложными формулами, вкоторых приняты во внимание экстра токи замыкания и соответственноразмыкания, возникающие благодаря самоиндукции цепи. Перечисляя в начале статьи главнейшие свойства Э. тока, многим изкоторых посвящены отдельные статьи, мы, конечно, должны были начать снагревания проводников. Ток, проходя по проводникам, нагревает их.Количество теплоты, выделяемое данным током в данной проволоке, прямопропорционально квадрату силы тока и сопротивлению проводника, а такжепродолжительности прохождения тока. Так формулируется закон ДжоуляЛенца. Заметим, что закон Джоуля Ленца очень просто вытекает из законаОма и из выражения для энергии Э. тока. Работа, которую ток можетсовершить в единицу времени, пропорциональна произведению из его силытока на электродвижущую силу А = с. ei. Ток нагревает провод, т. е. егоЭ. энергия переходит в тепловую. Следовательно, количество теплоты Q,выделенное током в единицу времени, должно быть также пропорциональнопроизведению ei Q=c1ei, но e=ir; следовательно, Q=c1i2r, а это и естьзакон Джоуля Ленца. Э. ток обладает известным запасом энергии, и эта энергия чрезвычайномногообразно и легко переходит во все прочие виды энергии. Замечу, чтона этом энергетическом взгляде на электричество основана возможностьподсчета электродвижущей силы гальванического элемента. В элементесовершается химическая Работа. Эта Работа переходит в электрическуюэнергию. Механизм передачи безразличен. Работа полученная определяетсяработой затраченной. Исходя из подобных соображений, Гельмгольц далформулу для электродвижущей силы элемента, воспользовавшись для этогопринципом свободной энергии, введенным им в термодинамику. Этот подсчетне предрешает никаких теорий о сущности гальванического тока. Основанныйисключительно из опыта взятых численных соотношениях, он останется веренпри всех теориях. Остается только вкратце рассмотреть различные взгляды на причинуэлектризации при соприкосновении. Таких взглядов существует в сущностидва. Одни ученые говорят, что электризация при соприкосновении естьявление физическое. Может быть, при соприкосновении двух металловпроисходит какая-либо деформация в эфире, сопровождаемая электризациейметаллов. Гельмгольц, которого, вообще говоря, можно причислить ксторонникам этой гипотезы, выражает свое мнение таким образом. Всеявления в проводниках первого рода могут быть объяснены, исходя изпредположения, что различные химические элементы различно притягиваютоба электричества, и что эти силы притяжения действуют только нанеизмеримо малых расстояниях, в то время как электричества действуютдруг на друга также и на более значительных расстояниях. Электризацияпри контакте объясняется таким образом разностью в притяжениях, которыеприлежащие к месту контакта части металла оказывают на электричества.Любопытно, что взгляды эти не так далеки от взглядов современныхсторонников электронной теории. Стоит только слово "электричество"заменить словом "электрон". Контактная теория нашла себе подтверждение вработах лорда Кельвина и Мёррея. Другие ученые полагают, что два металлане обладают электризацией, если не действуют химически друг на друга,или если между ними нет слоя влаги, окислов и т. д. Таким образом всякиедва металла, электризующиеся при контакте, в сущности представляют изсебя гальванический элемент. Заметим, что и первая, контактная, теорияне отрицает вовсе роли промежуточной среды, не приписывая ей толькопервенствующего значения. Что касается самого процесса проводимостиэлектричества в проводниках, то известно, что проводимость проводниковвторого рода т. е. электролитов, объясняется таким образом. Токразлагает нейтральную молекулу электролита на две части, два иона.Положительно заряженный катион идет к катоду а отрицательно заряженныйанион - к аноду. Это передвижение совершается под влиянием электрическихсил. Известно, что весьма большое количество электрических явлений вгазах удалось объяснить, обобщив идею электролитической диссоциации,первоначально принятую для жидкостей, и на газы. Проводники первого родастояли в стороне. Понятно поэтому, что необходимо было сделать попыткураспространить это же обобщение и на металлы. Это обобщение было сделанонесколькими лицами. В частности Дж. Дж. Томсон высказал такой взгляд. Вметаллах ток проводится свободными корпускулами (то же, что электроны),которые движутся в металле в виде идеального газа. Томсон вывел из своихрассмотрений формулу зависимости сопротивления проводника от магнитногополя. Эта формула хорошо подтвердилась в опытах Паттерсона. В заключениенельзя не сказать несколько слов об удивительно изящной осмотическойтеории гальванического элемента, высказанной Нернстом. Я буду краток.Если мы погрузим в какой-либо раствор металл, то этот металл начнетрастворяться; при этом металл переходит в раствор не иначе, как в видеположительных ионов. Это растворение совершается с известной силой(electrolytische Lоsungstension). Однако, как только ионы металла начнутрастворяться, тотчас же возникает сила, противодействующая этомурастворению. Благодаря выделению положительных Ионов, металл зарядится -жидкость +. Вследствие этого дальнейшее выделение ионов металла будетзатруднено и уже выделившиеся ионы будут испытывать силу, стремящуюсявозвратить их к металлу. Благодаря значительной плотности заряда иона,эта сила достигнет громадной величины раньше, чем сколько-нибудьзаметное количество металла перейдет в раствор. При этом возможны дваслучая. 1) Установится подвижное равновесие. Это и есть случай, когдаговорят, что металл не растворяется. 2) Возможно, что заряды,происшедшие при растворении, станут настолько велики, что притянут израствора какой-либо другой положительный ион. Это происходит припогружении железа в медный купорос; железные ионы переходят в раствор, амедные оседают на железе. Рассмотрим, как на основании только чтоприведенных соображений можно объяснить возникновение электродвижущейсилы в элементе Даниеля. Пусть цинковый стержень опущен в цинковыйкупорос, а медный - в медный купорос. Пока цинк и медь не соединенымежду собой проводником, невозможен переход цинковых или медных ионов враствор, так как возникающие заряды очень быстро воспрепятствуют этому.Однако, дело изменится, если соединить медь и цинк проводником, так кактогда будут выравниваться заряды на металлах, вследствие чего одинметалл будет растворяться, а другой будет осаждаться. Реакция будетпроисходить таким образом, что металл с большей силой растворения (вданном случае Zn) будет переводить свои ионы в раствор, а металл сменьшей силой растворения (Сu) будет извлекать ионы из раствора. Однако,переход ионов из цинка в раствор и выделение медных ионов из раствора намедный электрод имеет своим последствием в наружной цепи передвижениеэлектричества от меди к цинку, т. е. возникновение Э. тока. Наприменениях вышеизложенных соображений к частным вопросам, наконцентрационном элементе и т. д. мы не останавливаемся. отсылаячитателей к ст. Электрохимия. К. Б.