Что заставляет эти частицы упорядоченно двигаться? Электрические заряды одинаковых знаков взаимно отталкиваются, разных знаков — взаимно притягиваются. Пространство, в котором действуют силы взаимного притяжения или отталкивания между электрическими зарядами, называется электрическим полем.
Электрические заряды
Силы электрического поля воздействуют на любой заряд, помещенный в это поле, а именно перемещают его. Чем ближе вы пододвинете один носитель электрического заряда к другому с тем же знаком, тем большую силу вам придется прикладывать, сопротивляясь силе отталкивания, и тем больше у заряда будет накапливаться потенциальная энергия.
Опыт с магнитами
Проведите такой опыт: поднесите один магнит к другому, закрепленному на месте, — так, чтобы они отталкивались. Сначала вы ощутите небольшое сопротивление. Запомните положение магнита — это точка с низким потенциалом. Сократите расстояние между магнитами, и сила отталкивания будет более ощутима. Это точка с высоким потенциалом. А теперь резко отпустите тот магнит, который двигали, — он «отпрыгнет» в сторону сам, хотя вы его не толкали. Причем он устремится в точку с низким потенциалом, которую вы отметили.
Хотя на магниты действуют другие силы, этот пример наглядно показывает, как ведут себя заряженные частицы в электрическом поле: они стремятся из точки с высоким потенциалом попасть в точку с низким потенциалом.
В обычном автомобильном аккумуляторе за счет химических реакций на минусовой клемме образуется избыток отрицательно заряженных частиц (электронов), тогда как на положительной клемме наблюдается их недостаток. Между клеммами возникает разность потенциалов, которую называют напряжением.
Но электрического тока все еще нет, так как в нормальных условиях в воздухе почти отсутствуют свободные заряженные частицы. Если точки с разными потенциалами соединить проводником, обычно металлическим проводом, то электроны с отрицательной клеммы аккумулятора начнут перемещаться в сторону положительной.
Это упорядоченное движение заряженных частиц и есть электрический ток.
Несмотря на то, что в действительности электроны движутся от отрицательной клеммы к положительной, принято считать, что ток идет от плюса к минусу. Такое направление тока было установлено произвольно еще до открытия электронов.
Со временем количество электронов на отрицательной клемме уменьшается, а на положительной — возрастает. Это происходит до тех пор, пока потенциалы не станут одинаковыми. После их выравнивания электрический ток прекращается.
Поддерживать избыток электронов на отрицательной клемме и создавать разность потенциалов (напряжение) позволяет автомобильный генератор.
Генератор и аккумулятор
Таким образом, для существования электрического тока необходимы разность потенциалов и подсоединенный проводник со свободными заряженными частицами. Источник тока и проводник вместе образуют замкнутую электрическую цепь.