4.Фактори існування постійного струму.

1. Поле всередині провідника.

Закон Ома в диференціальній формі має вигляд:

j=σE

При наявності струму j≠0, і відповідно E≠0. Таким чином всередині провідника із струмом існує електричне поле. Пригадаємо, що в електростатиці поле всередині провідника відсутнє.

Густина постійного струму по перерізу провідника розподілена, взагалі кажучи, нерівномірно. Розглянемо викривлений провідник з круговим поперечним перерізом.

Поблизу поверхні провідника струм може бути спрямований лише по дотичній до провідника. Це означає, що напруженість Е поля поблизу поверхні провідника дотична до поверхні.. Значить, еквіпотенціальні поверхні перпендикулярні до поверхні.

Поблизу поверхні як напруженість поля, так і густина струму спрямовані по дотичній до поверхні. Нормальні до поверхні складові цих величин всередині провідника відсутні. З умови поля на межі двох середовищ випливає, що поблизу поверхні ззовні провідника існує електричне поле, тангенціальна складова напруженості Е_τ якого дорівнює тангенціальній складовій напруженості Е_τ поля всередині провідника. Однак про нормальну складову напруженості електричного поля звідси ніяких висновків зробити не можна.

Чим же породжується електричне поле всередині провідника, що є джерелом цього поля? Оскільки існування електричного поля в колі забезпечується відповідним джерелом постійного струму, наприклад гальванічним елементом, то зрозуміло, що він має якесь відношення до породження електричного поля. Однак безпосередньо він не може породити це поле . Дійсно, напруженість електричного поля, яку можуть створити заряди полюсів батареї, швидко спадають з віддаллю. Єдиним джерелом постійного поля можуть бути лише електричні заряди. Питання: якими зарядами породжується поле всередині провідника і де ці заряди знаходяться?

Якщо помістити провідним із струмом у плоску ванночку з тонким шаром діелектричного порошку. То побачимо таку картину (див.малюнок).

Видно, що силові лінії електричного поля не дотичні до поверхні провідника. Це означає, що ззовні провідника поблизу його поверхні поряд із тангенціальною складовоюЕ_τ електричного поля існує також нормальна складова Е_n, однак всередині провідника Е_n=0. Тому з граничної умови на поверхні провідника (Е_n=σ/ε₀) робимо висновок, що на поверхні провідника повинні існувати заряди, поверхнева густина яких

σ = ε₀ Е_n

Таким чином, на поверхні провідника, по якому протікає постійний струм, існують електричні заряди. Вони і є джерелами електричного поля, яке існує в провіднику і забезпечує наявність електричного струму.

2.Механізм існування постійного струму.

Джерело струму називається джерелом сторонніх електрорушійних сил. За результатами своєї дії воно представляє собою процес або пристрій, який відділяє позитивні заряди від негативних. Після розділення заряди переміщаються на електроди і за законом Кулона діють на заряди провідника поблизу електродів, які в свою чергу діють на інші заряди і т.д. В результаті ціє колективної взаємодії в колі на поверхні провідників виникає такий розподіл зарядів, який забезпечує існування всередині провідника відповідного електричного поля. Таким чином, роль зарядів на полюсах джерела сторонніх е.р.с. полягає не в тому, щоб створювати у всіх провідниках безпосередньо існуюче поле, а в тому, щоб забезпечити такий розподіл поверхневих зарядів на провідниках, який створює потрібне електричне поле всередині провідників. А це і забезпечує існування електричного струму. Оскільки взаємодія між зарядами здійснюється через електромагнітні сили, процес утворення постійного струму в колі після замикання характеризується швидкістю поширення електромагнітних хвиль. У вільному просторі швидкість поширення електромагнітних взаємодій дорівнює швидкості світла.

Оскільки в провіднику при наявності постійного струму Е≠0, потенціал змінюється вздовж провідника, тобто на відміну від електростатики потенціал не є постійним у всіх точках провідника. Однак поле всередині провідника створюється нерухомими, постійними в часі поверхневими зарядами і тому так само, як і в електростатиці, є потенціальним.