3. Передача энергии в электрической цепи

3. Передача энергии в электрической цепи

Очень важный элемент цепи - соединительные провода, так как широкое использование электричества обусловлено тем, что с его помощью можно передавать энергию на тысячи километров.

Всем известно, что электроэнергия передается «по проводам», а многие даже уверены, что она идет «внутри» провода, то есть что ее несут электроны, направленное движение которых представляет собой электрический ток в металле.

Но так ли это? Рассмотрим конкретный пример.

По медному проводу длиной несколько метров и сечением 3. Передача энергии в электрической цепи 1 можно передавать ежесекундно энергию, равную тысяче джоулей - этого достаточно, чтобы за несколько минут поднять слона на третий этаж. Однако кинетическая энергия направленного движения электронов в проводе несравненно меньше этой энергии. Действительно, мы уже знаем, что средняя скорость направленного движения электронов меньше скорости улитки, а суммарная масса свободных электронов в метровом куске медного провода сечением 3. Передача энергии в электрической цепи 1 составляет около одной десятитысячной доли грамма.

Так что же тогда «несет» электроэнергию и где она «мчится», если не внутри провода?

Оказывается, энергию «несет» электромагнитное поле, и мчится она в пространстве, окружающем провод, а не в проводе.

Как мы увидим ниже (см. § 13. Магнитное поле), проводник с током всегда окружен магнитным полем, созданным этим током. Кроме того, провода, подключенные к полюсам источника тока, электрически заряжены и, следовательно, создают вокруг себя и электрическое поле. Так вот: именно комбинация этих двух полей, окружающих проводник с током, - магнитного и электрического, - и переносит энергию от источника тока к потребителю вдоль проводов. Причем переносит с наибольшей возможной скоростью - со скоростью света.

Но зачем же тогда нужны провода и «ползущие» по ним электроны?

Они нужны для того, чтобы направлять поток энергии электромагнитного поля. Дело в том, что этот поток энергии существует только там, где есть оба поля - магнитное и электрическое (направленные под углом друг к другу). Таким образом, провода с током - это не «трубы», внутри которых течет энергия, а «рельсы», играющие роль направляющих для потока энергии электромагнитного поля.



Электродинамика.