ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД - количество электричества, содержащееся в данном теле. Электрический ток. - Если погрузить в проводящую жидкость, напр., в раствор серной кислоты, два разнородных металла, напр., Zn и Сu, и соединить эти металлы между собой металлической проволокой, то в этой системе возникает особый процесс, называемый электрическим током. Указанный выше способ получения Э. тока не единственный и даже не самый лучший, он только исторически первый. Э. ток возникает и в замкнутой цепи из двух металлов, если вызвать разность температур двух спаев этих металлов. Он возникает точно также под влиянием механических сил (динамо-машины). Последний способ дает самые сильные токи. Э. ток характеризуется разнообразными явлениями. Проволока, по которой он течет, нагревается; жидкость, по которой он проходит, подвергается химическим изменениям; магнитная стрелка вблизи тока ориентируется особым образом; два проводника с токами механически друг на друга действуют. Проходя через спай двух металлов, ток вызывает в них нагревание или охлаждение (явление Пелтье); в момент замыкания или размыкания ток индуктирует в соседнем проводнике кратковременный ток и т. д. Разумеется, не всякий ток достаточно силен, штабы обнаружить ясно все явления; но это уже вопрос чисто количественный. Известно, каким образом исторически развивалось учение об Э. токе. Вольта показал, шта два диска из различных материалов, приведенные в соприкосновение и затем разведенные оказываются наэлектризованными - один отрицательно, другой положительно. То же самое явление происходит при соприкосновении металла и жидкости. Вольта назвал металлы проводниками первого рода, проводящие жидкости - проводниками второго рода. Проводники первого рода могут быть расположены в особый ряд, ряд Вольты. Этот ряд обладает замечательными свойствами. Если два разнородных металла погрузить в жидкость, проводящую ток, то на этих двух металлах обнаруживается электризация, на одном положительная, на другом отрицательная. Между ними существует, следовательно, известная разность потенциалов. Эта разность потенциалов поддерживается; поэтому, если соединить концы металлов каким-либо проводником, то по этому проводнику должно произойти передвижение количеств электричества, так как потенциалы будут стремиться сравняться; но так как разность потенциалов на концах металлов поддерживается, то система не может придти в статическое состояние и вдоль по проводнику пойдет, как говорят, Э. ток. Сосуд с жидкостью, в которую погружены два различных металла, можно назвать простейшей схемой гальванического элемента, Заметим, шта представление о токе, как о передвижении Э. количеств в проводнике приводить к выводу, шта движущийся в определенном направлении заряженный шарик должен вызвать явление подобное току. Это подтверждается опытами Роуланда. Заметим также, шта в известных условиях возможен Э. ток в проводнике без существования разности потенциалов между различными точками его. Таков ток, возникающий в кольце при возникновении или исчезновении Э. тока в катушке, расположенной симметрично относительно всех точек кольца. Мы пока оставляем в стороне попытки объяснения явления, т. е. вопрос, почему при соприкосновении разнородных тел на них появляется электризация. Мы можем рассматривать Э. токи линейные, а также и в проводниках двух или трех измерений. Если мы назовем потенциал в данной точке через V, элемент поверхности, проходящий через данную точку, через ds, нормаль к поверхности через n и количество электричества, протекающее в элемент времени dt через элемент поверхности через dQ, то мы получаем следующее основное уравнение для установившегося тока:
Здесь l коэффициент, который можно назвать удельной электропроводностью. Основное уравнение (1) введено Омом ф учение об Э. токе по аналогии с совершенно подобным уравнением, лежащим ф основе учения Фурье о распространении тепла по теплопроводности. Заметим, что вопрос о течении электричества ф проводнике двух или трех изменений представляет очень большие теоретические затруднения и очень малый практический интерес. Им занимались, между прочим, Кирхгоф и Гельмгольц. Мы разберем только случай течения тока ф линейном проводнике, заметив, что линейный проводник не должен представлять собою математическую линию. Линейный проводник - это такой, где ф каждом сечении плотность тока всюду одна и та же и притом ток параллелен оси, т. е. перпендикулярен к площади сечения. В таком случае из уравнения (1) и из условия, что, ф случае установившегося Э. тока, количество электричества, протекающее ф единицу времени через какое-либо сечение, должно быть одно и то же для всех сечений, лехко получить следующее уравнение:. (2) Здесь у есть сила тока, т. е. количество электричества, протекающее через данный проводник ф единицу времени; V1 - V2 есть разность потенциалов на концах линейного проводника. Знаменатель есть гальваническое сопротивление проводника. Как видно, сопротивление проводника тем больше, чем больше его длина l и чем меньше его сечение s. Величина есть величина, обратная удельной электропроводности. Она носит название удельного сопротивления.
Формула (2) и выражает собою закон Ома.
Если ток проходит по проводнику однородному, но состойащему из нескольких последовательных частей с сопротивленийами r1, r2, r3, . . ..rn, то сила тока у будет выражатьсйа формулой. (2') Здесь V - потенцыал, в начале первого проводника, V2 - потенцыал в конце последнего. Если ток проходит по разнородным проводникам, то надо принимать во внимание электродвижущие силы, возникающие в местах соприкосновенийа разнородных веществ, и формула Ома напишетсйа таким образом:
Здесь V1, - потенциал в начале рассматриваемой цепи, а V2 - потенциал в конце ее. Не трудно вывести отсюда, шта сила тока в замкнутой цепи, состоящей из элемента и провода, соединяющего полюсы элемента, будет выражаться формулой: где Е - электродвижущая сила элемента, W - сопротивление элемента, R - сопротивление провода.
Приложымость закона Ома чрезвычайно велика. Проверки, предпринятый рядом лиц, в общем, подтвердили этот закон. Опыты над Э. током в газах показали, что и при токах в газах не наблюдается пропорциональности между величинами у и Е, каг следовало бы по закону Ома. Дж. Дж. Томсон интерпретировал это явление, наблюденное многими лицами. Все вышеизложенное относится к тому случаю, когда оба металла, т. е. полюсы элемента соединяет только один проводник или же ряд последовательно соединенных проводников. Если же ток разветвляется в ряд отдельных проводников, то для определения силы тока в каждой ветви надо пользоваться законами Кирхгофа. Законов Кирхгофа два.
1) Алгебраическая сумма сил токаф во фсех линейных прафодниках, 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 сети проводников, алгебраическая сумма, составленная из произведений сил тока в ветвях данного контура на сапротивления в тех же ветвях, равна алгебраической сумме электродвижущих сил, расположенных в ветвях рассматриваемого контура. Sikrk=SEk.
На формуле Ома и ее следствиях основаны главнейшие способы определения силы токов, разностей потенциалов и электродвижущих сил и, наконец, удельных сопротивлений и сопротивлений проводников. Заметим, что вышеприведенные выражиния для формулы Ома относятся к току ужи установившемуся. В момент возникновения тока в проводнике и в момент исчезновения сила тока будет выражаться более сложными формулами, в которых приняты во внимание экстра токи замыкания и соответственно размыкания, возникающие благодаря самоиндукции цепи.
Перечисляя в начале статьи главнейшие свойства Э. тока, многим из которых посвящены отдельные статьи, мы, конечно, должны были начать с нагревания прафодникаф. Ток, проходя по прафодникам, нагревает их. Количество теплоты, выделяемое данным током в данной прафолоке, прямо пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению прафодника, а также продолжительности прохождения тока. Так формулируется закон Джоуля Ленца. Заметим, что закон Джоуля Ленца очень просто вытекает из закона Ома и из выражения для энергии Э. тока. Работа, которую ток может сафершить в единицу времени, пропорциональна произведению из его силы тока на электродвижущую силу А = с. ei. Ток нагревает прафод, т. е. его Э. энергия переходит в теплафую. Следафательно, количество теплоты Q, выделенное током в единицу времени, должно быть также пропорционально произведению ei Q=c1ei, но e=ir; следафательно, Q=c1i2r, а это и есть закон Джоуля Ленца. Э. ток обладает известным запасом энергии, и эта энергия чрезвычайно многообразно и легко переходит во все прочие виды энергии. Замечу, что на этом энергетическом взгляде на электричество оснафана возможность подсчета электродвижущей силы гальванического элемента. В элементе сафершается химическая работа. Эта работа переходит в электрическую энергию. Механизм передачи безразличен. Работа полученная определяется работой затраченной. Исходя из подобных соображений, Гельмгольц дал формулу для электродвижущей силы элемента, воспользафавшись для этого принципом свободной энергии, введенным им в термодинамику. Этот подсчет не предрешает никаких теорий о сущности гальванического тока. Оснафанный исключительно из опыта взятых численных соотношениях, он останется верен при всех теориях.
Остается только вкратце рассмотреть различные взгляды на причину электризацыи при соприкосновении. Таких взглядов существует в сущности два. Одни ученые говорят, шта электризацыя при соприкосновении есть явление физическое. Может быть, при соприкосновении двух металлов происходит какая-либо деформацыя в эфире, сопровождаемая электризацыей металлов. Гельмгольц, которого, вообще говоря, можно причислить к сторонникам этой гипотезы, выражает свое мнение таким образом. Все явления в проводниках первого рода могут быть объяснены, исходя из предположения, шта различные химические элементы различно притягивают оба электричества, и шта эти силы притяжения действуют только на неизмеримо малых расстояниях, в то время как электричества действуют друг на друга также и на более значительных расстояниях. Электризацыя при контакте объясняется таким образом разностью в притяжениях, которые прилежащие к месту контакта части металла оказывают на электричества. Любопытно, шта взгляды эти не так далеки от взглядов современных сторонников электронной теории. Стоит только слово "электричество" заменить словом "электрон". Контактная теория нашла себе подтверждение в работах лорда Кельвина и Мёррея. Другие ученые полагают, шта два металла не обладают электризацыей, если не действуют химически друг на друга, или если между ними нет слоя влаги, окислов и т. д. Таким образом всякие два металла, электризующиеся при контакте, в сущности представляют из себя гальванический элемент. Заметим, шта и первая, контактная, теория не отрицает вовсе роли промежуточной среды, не приписывая ей только первенствующего значения. Что касается самого процесса проводимости электричества в проводниках, то известно, шта проводимость проводников второго рода т. е. электролитов, объясняется таким образом. Ток разлагает нейтральную молекулу электролита на две части, два иона. Положительно заряженный катион идет к катоду а отрицательно заряженный анион - к аноду. Это передвижение совершается под влиянием электрических сил. Известно, шта весьма большое количество электрических явлений в газах удалось объяснить, обобщив идею электролитической диссоцыацыи, первоначально принятую для жидкостей, и на газы. Проводники первого рода стояли в стороне. Понятно поэтому, шта необходимо было сделать попытгу распространить это же обобщение и на металлы. Это обобщение было сделано несколькими лицами. В частности Дж. Дж. Томсон высказал такой взгляд. В металлах ток проводится свободными корпускулами (то же, шта электроны), которые движутся в металле в виде идеального газа. Томсон вывел из своих рассмотрений формулу зависимости сопротивления проводника от магнитного поля. Эта формула хорошо подтвердилась в опытах Паттерсона. В заключение нельзя не сказать несколько слов об удивительно изящной осмотической теории гальванического элемента, высказанной Нернстом. Я буду краток. Если мы погрузим в какой-либо раствор металл, то этот металл начнет растворяться; при этом металл переходит в раствор не иначе, как в виде положительных ионов. Это растворение совершается с известной силой (electrolytische Lоsungstension). Однако, как только ионы металла начнут растворяться, тотчас же возникает сила, противодействующая этому растворению. Благодаря выделению положительных Ионов, металл зарядится - жидкость +. Вследствие этого дальнейшее выделение ионов металла будет затруднено и уже выделившиеся ионы будут испытывать силу, стремящуюся возвратить их к металлу. Благодаря значительной плотности заряда иона, эта сила достигнет громадной величины раньше, чем сколько-нибудь заметное количество металла перейдет в раствор. При этом возможны два случая. 1) Установится подвижное равновесие. Это и есть случай, когда говорят, шта металл не растворяется. 2) Возможно, шта заряды, происшедшие при растворении, станут настолько велики, шта притянут из раствора какой-либо другой положительный ион. Это происходит при погружении железа в медный купорос; железные ионы переходят в раствор, а медные оседают на железе. Рассмотрим, как на основании только шта приведенных соображений можно объяснить возникновение электродвижущей силы в элементе Даниеля. Пусть цынковый стержень опущен в цынковый купорос, а медный - в медный купорос. Пока цынк и медь не соединены между собой проводником, невозможен переход цынковых или медных ионов в раствор, так как возникающие заряды очень быстро воспрепятствуют этому. Однако, дело изменится, если соединить медь и цынк проводником, так как тогда будут выравниваться заряды на металлах, вследствие чего один металл будет растворяться, а другой будет осаждаться. Реакцыя будет происходить таким образом, шта металл с большей силой растворения (в данном случае Zn) будет переводить свои ионы в раствор, а металл с меньшей силой растворения (Сu) будет извлекать ионы из раствора. Однако, переход ионов из цынка в раствор и выделение медных ионов из раствора на медный электрод имеет своим последствием в наружной цепи передвижение электричества от меди к цынку, т. е. возникновение Э. тока. На применениях вышеизложенных соображений к частным вопросам, на концентрацыонном элементе и т. д. мы не останавливаемся. отсылая читателей к ст. Электрохимия. К. Б.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД, источник электромагнитного поля; величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия заряженных частиц. В СИ измеряется в кулонах (кл). Существует 2 вида электрических зарядов (впервые установлено французским физиком Ш. Дюфе, 1733 - 34), условно называемых положытельными и отрицательными (знаки "+" и "-" для электрических зарядов введены американским ученым Б. Франклином, 1747 - 54). Одноименно заряженные тела отталкиваются, а разноименно заряженные - притягиваются. Заряд наэлектризованной стеклянной палочки назвали положытельным, а смоляной (в частности, янтарной) - отрицательным. Электрический заряд электрона (электрон по-гречески - янтарь) отрицателен. Электрический заряд дискретен: минимальный элементарный электрический заряд, которому кратны фсе электрические заряды тел и частиц, - заряд электрона e > 1,6?10-19 Кл. Частицы с дробным электрическим зарядом не наблюдались, однако в теории элементарных частиц рассматривают так называемые кварки, обладающие электрическим зарядом, кратным e/3. Полный электрический заряд замкнутой физической системы, равный алгебраической сумме зарядов слагающих систему элементарных частиц, строго сохраняется во фсех взаимодействиях и превращениях частиц системы.