Струм, електричний струм у вакуумі

Електричний струм - впорядкований рух електрозарядов. Його можна отримати, наприклад, в провіднику, який з'єднує заряджене і незаряджена тіло. Однак цей струм припиниться, як тільки різниця потенціалів цих тіл стане нульовий. Впорядкований рух зарядів (електричний ток) буде існувати також в провіднику, що сполучає пластини зарядженого конденсатора. У цьому випадку струм супроводжується нейтралізацією зарядів, що знаходяться на пластинах конденсатора, і триває, поки різниця потенціалів пластин конденсатора не буде нульовий.

Ці приклади показують, що електричний струм в провіднику виникає лише при наявності на кінцях провідника різних потенціалів, т. Е. Тоді, коли в ньому є електричне поле.

Але в розглянутих прикладах струм не може бути тривалим, тому що в процесі переміщення зарядів потенціали тел швидко вирівнюються і електричне поле в провіднику зникає.

Отже, для одержання струму необхідно підтримувати на кінцях провідника різні потенціали. Для цього можна переносити заряди з одного тіла на інше назад по іншому провіднику, утворюючи для цього замкнуту ланцюг. Однак під дією сил цього ж електричного поля таке перенесення зарядів неможливий, оскільки потенціал другого тіла менше потенціалу першого. Тому перенесення можливий тільки силами неелектричного походження. Наявність таких сил забезпечує джерело струму, що включається в ланцюг.

Сили, що діють в джерелі струму, переносять заряд від тіла з меншим потенціалом до тіла з великим потенціалом і роблять при цьому роботу. Отже, джерело струму повинен володіти енергією.

Джерелами струму є електричні машини, гальванічні елементи, акумулятори, генератори і т. д.

Отже, основні умови виникнення електричного струму: наявність джерела струму і замкнутої ланцюга.

Проходження струму в ланцюзі супроводжується рядом легконаблюдаемих явищ. Так, наприклад, в деяких рідинах при проходженні по них струму спостерігається виділення речовини на електродах, опущених в рідину. Струм в газах часто супроводжується світінням газів і т. Д. Електричний струм у газах і вакуумі вивчав видатний французький фізик і математик - Андре Марі Ампер, завдяки якому ми тепер знаємо природу таких явищ.

Як відомо, вакуум - найкращий ізолятор, т. Е. Простір, з якого викачане повітря.

Але можна отримати електричний струм у вакуумі, для чого необхідно внести в нього носії зарядів.

Візьмемо посудину, з якої відкачано повітря. У цю посудину впаяні дві металеві пластини - два електроди. Один з них A (анод) з'єднаємо з позитивним джерелом струму, інший K (катода) - з негативним. Напруга між катодом і анодом досить прикласти 80 - 100 В.

Включимо в ланцюг чутливий міліамперметр. Прилад не показує ніякого струму- це вказує на те, що електричний струм у вакуумі не існує.

Видозмінимо досвід. В якості катода впаяли в посудину дротик - нитка, з виведеними назовні кінцями. Ця нитка раніше залишиться катодом. За допомогою іншого джерела струму напруженню її. Ми помітимо, що, як тільки нитка розжарюється, прилад, включений в ланцюг, показує електричний струм у вакуумі, і тим більший, чим сильніше розжарена нитка. Значить, нитка при нагріванні забезпечує наявність у вакуумі заряджених частинок, вона є їхнім джерелом.

Як заряджені ці частинки? Відповідь на це питання може дати досвід. Змінимо полюси у впаяних в посудину електродів - нитка зробимо анодом, а протилежний полюс - катодом. І хоча нитка напружена і посилає заряджені частинки в вакуум, струму немає.

З цього випливає, що ці частки заряджені негативно, тому що вони відштовхуються від електроду А, коли він заряджений негативно.

Що являють собою ці частинки?

Згідно електронної теорії, вільні електрони в металі знаходяться в хаотичному русі. При напруженні нитки цей рух посилюється. При цьому деякі електрони, набуваючи енергію, якої достатньо для здійснення виходу, вилітають з нитки, утворюючи біля неї «електронне хмарина». Коли між ниткою і анодом утворюється електричне поле, то електрони летять до електрода А, якщо він приєднаний до позитивного полюса батареї, і відштовхуються назад до нитки, якщо він приєднаний до негативного полюса, т. Е. Має заряд, однойменний з електронами.

Отже, електричний струм у вакуумі - це спрямований потік електронів.