Нравится нам это или не нравится, но современная физика не оставляет никаких сомнений: элементарные частицы — не станем забывать, что из них, и только из них, создан мир,— не имеют аналогов среди привычных нам вещей. Они не почти шарики, и не наполовину шарики, и не чуть-чуть шарики, они просто не шарики. Поэтому движущиеся в проводнике электроны не взаимодействую* с относительно большими и достаточно хорошо знакомыми нам (во всяком случае, нам так кажется) атомными ядрами и при этом взаимодействуют с трудно представимыми фононами.
Но факт есть факт: электроны передают часть своей энергии фононам, фононы, в свою очередь, отдают эту энергию ядрам. Запас тепловой энергии проводника увеличивается. В этом, кстати, причина и другого явления. Предположим, что внутри проводника создано электрическое поле. С каждой точкой поля связаны его напряженность и потенциал, численно равный работе по перенесению единичного пробного заряда из бесконечности в данную точку.
Будучи заряженным объектом, электрон испытывает со стороны поля силу, равную заряду электрона, помноженному на напряженность поля. Под действием этой силы, как следует из второго закона Ньютона, электрон должен двигаться ускоренно. Но ускоренное движение — такое движение, когда скорость увеличивается с течением времени. Значит, и сила тока, пропорциональная скорости, должна увеличиваться с течением времени. А вот на практике ничего подобного не наблюдается.
Если поле в проводнике постоянно, то и ток постоянный,.
Чем это объясняется? Тем, что не vcneeT электрон как следует разогнаться в поле — тут же сталкивается с фононом. Отдает ему свода энергию, снова разгоняется, опять сталкивается и т., д.. В- результате средняя скорость электрона да и всех его, собратьев, остается пхэстоаюной, а в проводнике выделяется тепло. Постоянное электрическое поле вызывает появление в проводнике (и только в проводнике, скажем, в вакууме все выглядело, бы иначе) постоянного электрического тока. Чем больше в. проводнике фононов, тем чаще столкновения, тем меньше ток, тем сильнее нагрев. В, этом! смысле состояние- юро>-водника принято описывать его электрическим соиротив!-леннем. Электрическое поле в проводнике характеризуется не напряженностью, а потенциалом, что,, в общем-та, ничего, не меняет,, а еще точнее, разностью
Так вот, если при разности потенциалов на ковдах проводника 1 В сила тока в проводнике оказывается равной 1 А, то сопротивление такого проводника принимают равным 1 ому. Сила тока в проводнике прямо пропорциональна разности потенциалов и обратно пропорциональна сопротивлению. Эта истина, получившая название закона Ома, известна всем с детства! Кроме того, в проводнике выделяется тепло при передаче энергии от электронов фононам.
Всюду поперек
Любой электрический заряд, движущийся в пространстве, вызывает появление в этом пространстве еще одного поля — магнитного. Странное это поле! Электрическое поле можно обнаружить всегда, когда в него вносят электрический заряд, а магнитному полю одного заряда мало. Как обнаружить наличие магнитного поля? Нужно, чтобы этот заряд (по-прежнему назовем его пробным) двигался с некоторой скоростью. С каждой точкой магнитного поля связывают векторную величину, называемую магнитной индукцией и равную по величине и направлению той силе, с которой магнитное поле действует на движущийся единичный электрический заряд.
Представьте себе игрушечный кубик. Вот он перед вами, повернут к вам какой-то гранью, значит, видите вы, в общем-то, не кубик, а квадрат. Задержите внимание на левом нижнем углу квадрата. Применительно к кубику это вершина. Из нее отходят три ребра: одно — вправо, второе — вверх, а третье — назад. Так вот, если направление скорости заряда совпадает с ребром вправо, а направление векторной величины, называемой магнитной индукцией, совпадает с ребром назад, то направление силы, действующей на заряд, совпадает с ребром вверх. Так обстоит дело с направлениями этих трех векторных величин. Что касается силы, то она равна произведению трех величин: самого заряда, его скорости и магнитной индукции. Вы, конечно, помните, что за направление электрического тока принимается направление движения положительных электрических зарядов. Если ток образуется отрицательными зарядами, его направление противоположно направлению движения зарядов. То же самое справедливо и для магнитной индукции.
В электрическом поле его напряженность совпадает по направлению с силой, действующей на пробный заряд. В случае магнитного поля магнитная индукция перпендикулярна направлению действия силы. Так сложилось исторически — вектор магнитной индукции решено было направлять в ту сторону, куда отклонялась магнитная стрелка в опытах Эрстеда. Сейчас можно было бы придумать другое определение магнитной индукции, но это мало что дало бы, поскольку все равно сила, действующая на заряд, остается направленной перпендикулярно направлению движения заряда. Такое уж это интересное поле — магнитное: оно направлено всюду поперек.
