Электричество шаг за шагом

Т-114. Свободные электрические заряды, создавая ток, двигаются очень медленно, а вот электрическое и магнитное поля несутся со скоростью света. Размышляя об электрических и магнитных полях, хочется вспомнить об одном любопытном факте. На него не пришлось обратить внимание в предыдущих разделах, поскольку нашим главным подопытным объектом была электрическая цепь очень малой протяженности — карманный фонарик. А теперь представьте себе, что мы растянули электрическую цепь фонарика километров на сто, и на одном конце цепи осталась батарейка с выключателем, а на другом — лампочка.

Будем считать, что напряжение батареи и сопротивление проводов выбраны правильно, и лампочке достаются необходимые ей 3 вольта. Вопрос в другом: с каким опозданием зажжётся лампочка после того, как мы нажмём на выключатель? Оказывается, она зажжётся без опоздания, точнее, с практически нулевым опозданием на небольшое количество миллионных долей секунды. Неужели электроны пробегут 100 километров за такое ничтожное время, двигаясь по проводнику с огромным количеством препятствий — неподвижных атомов?

Нет, в твёрдом теле электроны так быстро двигаться не могут, их скорость обычно составляет несколько сантиметров или даже несколько миллиметров в минуту, и до лампочки они добирались бы несколько месяцев. А лампочка зажигается без опоздания потому, что при включении нашего растянутого фонарика электроны практически сразу, одновременно начинают двигаться во всей цепи, в том числе и в лампочке. Происходит это из-за того, что между выводами батареи, между её «плюсом» и «минусом», всегда действует электрическое поле. При замыкании контактов выключателя поле мгновенно продвигается по продолжению этих выводов — по всей двухпроводной соединительной линии. При этом поле повсюду, где оно появляется, сразу же заставляет двигаться электроны в проводнике — ток начинается практически одновременно во всей цепи. Чтобы было ясно, с какой ничтожной погрешностью здесь использовано слово «одновременно», сообщим, что электрические и магнитные поля продвигаются в пространстве со скоростью света, то есть со скоростью 300 000 километров в секунду. Это вполне понятно — сам свет не что иное, как электромагнитная волна, то есть взаимосвязанные и непрерывно меняющиеся электрические и магнитные поля.

Завершая свою очередную экскурсию в мир электрических и магнитных полей, мы возвращаемся к тому, о чём уже частично говорили, с чего эта экскурсия начиналась. Мы возвращаемся к магнитному полю и взаимодействию меняющегося внешнего магнитного поля с проводником.

Т-115. Проводник, пересекая магнитное поле, указывает прямой путь к созданию электрических генераторов. Так сложилось, что при сотворении человека, как, впрочем, всех других живых существ, совершенно не была использована такая удобная и популярная в природе и технике разновидность движения, как вращение. Всё, что мы делаем — достаём ли мы чашку с кухонной полки, прогуливаемся ли по лесной опушке или играем на мандолине, — мы в основном совершаем возвратно-поступательные движения, чаще всего двигая что-либо по несколько искривлённой траектории.