Условия для возникновения электрического тока

[freeman88]

Здравствуйте.

В школе, помню, училка постоянно говорила, что "условием для возникновения электрического тока является наличие электрического поля". Как одно из условий. Еще нужно иметь свободные заряды.

Я тут подумал, вот берем мы медную проволоку. По умолчанию в ней электроны движутся хаотически(броуновское движение). Ок.
Хочу чтобы по ней тёк ток. Замыкаю концы проволоки батарейкой.

Вопрос: после того как замкнул, поле появляется, но оно ведь НЕ ПЕРВИЧНО, верно ?
Первично ведь возникла разность потенциалов на концах проволоки (т.е. неравенство в зарядах на концах, на одном конце скоплено большое кол-во отрицательных зарядов, на другом - их отсутствие и после того как цепь замкнули - они устремились друг к другу). И только потом уже возникло электрическое поле.

Это я к чему. Получается что условием для возникновения электрического тока является всё же разность потенциалов ? Оно ведь первичнее ? Верно ?

[DimaM]

freeman88 в сообщении #1531454 писал(а):

Получается что условием для возникновения электрического тока является всё же разность потенциалов ? Оно ведь первичнее ? Верно ?

Гм, что первично - курица или яйцо скалярная функция или ее градиент?
С одной стороны, поле кажется более удобной сущностью. Например, можно проволочное кольцо расположить вокруг катушки и подать в катушку переменный ток. Тогда по кольцу тоже потечет ток, поле будет, а вот скалярный потенциал не получится определить.
С другой стороны, тут можно определить потенциал векторный, который может наблюдаться непосредственно (эффект Ааронова-Бома), так что возвращаемся к началу.

[realeugene]

Батарейка не такая уж простая инженерная конструкция. Её работа основана на электрохимических реакциях, которые сами завязаны на квантовую механику и статистическую физику. В общем, что там происходит внутри вам лучше не копать сейчас.

На клеммах батарейки протекающие внутри электрохимические реакции поддерживают примерно постоянное напряжение. Когда вы перемещаете провода снаружи, изменяется их ёмкость и протекает при этом очень слабый электрический ток, изменяющий заряды на поверхности проводников. На школьном уровне тока нет. В момент замыкания контактов происходит очень быстрый (в наносекундном диапазоне) и сложный процесс перераспределения зарядов на проводниках и полей вокруг, с быстро затухающими колебаниями токов и напряжений, после чего уже можно опять начинать применять изучаемые в школе законы постоянного тока.

[freeman88]

Блин)
Я лишь хочу удостовериться в том, что чтобы тёк ток, нужно сначала наложить разность потенциалов. И только потом уже электрическое поле возникает как следствие движения эл.зарядов.
Разве это не так ?
Ну, то есть, сначала разность потенциалов(напряжение) и только потом уже появляется электрическое поле.

[realeugene]

freeman88 в сообщении #1531458 писал(а):

Разве это не так ?

Нет, не так. Вспомните закон Кулона.

-- 13.09.2021, 11:45 --

freeman88 в сообщении #1531458 писал(а):

Ну, то есть, сначала разность потенциалов(напряжение) и только потом уже появляется электрическое поле.

Разность потенциалов и есть электрическое поле.

[freeman88]

realeugene в сообщении #1531460 писал(а):

freeman88 в сообщении #1531458 писал(а):

Разве это не так ?

Нет, не так. Вспомните закон Кулона.

-- 13.09.2021, 11:45 --

freeman88 в сообщении #1531458 писал(а):

Ну, то есть, сначала разность потенциалов(напряжение) и только потом уже появляется электрическое поле.

Разность потенциалов и есть электрическое поле.

Хмм..
Мне как-то больше интуитивно понятно с напряжением, чем с полем. Поле же оно как некая область вокруг чего-то.
Ну ладно, спасибо.
Значит Разность потенциалов = электрическое поле.

[DimaM]

freeman88 в сообщении #1531458 писал(а):

Ну, то есть, сначала разность потенциалов(напряжение) и только потом уже появляется электрическое поле.

Не-а. Я ж выше привел пример с переменным магнитным полем, когда разность потенциалов вообще не определена.
И двигает заряды именно поле.

[realeugene]

freeman88 в сообщении #1531461 писал(а):

Поле же оно как некая область вокруг чего-то.

Поле - это некоторый математический объект, рассматриваемый в рамках некоторой физической модели. Поле электрического потенциала - оно тоже поле. Которое определено точно в стационарных случаях и часто определено достаточно точно для инженерных расчётов и в случаях нестационарного электромагнитного поля. Но не всегда. Разумеется, если вы не знакомы с правилами вычисления таких полей вам удобнее рассуждать в терминах просто напряжений между двумя точками. Но напряжения не определены в нестационарных случаях, строго говоря. В том числе, в момент возникновения тока при замыкании цепи.

[Mihr]

freeman88 в сообщении #1531454 писал(а):

училка постоянно говорила, что "условием для возникновения электрического тока является наличие электрического поля"

Строго говоря, это не вполне так. Условий два: наличие свободных зарядов и причин, вызывающих их направленное движение. Поместим диэлектрик в электрическое поле. Внутри диэлектрика поле есть, а тока нет. Потому что нечему двигаться. Или другой пример. Возьмём медный шар на изолирующей ручке. Зарядим его от электрофорной машины и понесём по улице. Тем самым мы создадим некоторый ток. Здесь ток есть, но внешнего поля (вызывающего движение рассматриваемого заряда) нет.

[sergey zhukov]

freeman88
По моему, вы уже недавно в точности это спрашивали.

Вот например, вода стоит в трубе под давлением $P_0$, запертая двумя кранами на входе и выходе. За одним краном - источник давления $P>P_0$, за другим - вакуум. Вы одновременно открыли краны. В первый момент на одном конце трубы давление жидкости упадет до $0$,а на другом, поднимется до $P$, а по всей трубе оно по прежнему $P_0$ и жидкость неподвижна. После этого от обоих концов трубы начнет со скоростью звука распространяться в трубе волна сжатия/разряжения (которая и отмечает начало движения жидкости), при этом движение воды в трубе в некоторой ее точке начинается не в момент открытия кранов, а в момент, когда до нее доходит эта волна. Эти волны бегают по трубе туда-сюда, жидкость каким-то колебательно/затухающим способом приходит в движение по всей трубе. В конце концов устанавливается равномерный поток жидкости, а давление в трубе равномерно падает вдоль потока (это и есть аналог равномерного движения зарядов в постоянном электрическом поле).

Ответ на вопрос в том, что в начале процесса нет ни постоянного тока, ни постоянного поля. Все там переменное во времени и пространстве, и причина со следствием перемешаны.

[Emergency]

freeman88 в сообщении #1531454 писал(а):

Первично ведь возникла разность потенциалов на концах проволоки (т.е. неравенство в зарядах на концах, на одном конце скоплено большое кол-во отрицательных зарядов, на другом - их отсутствие...

Разность потенциалов - это вовсе не разница в числе зарядов.
Напомню определение: "Потенциал есть работа по переносу пробного заряда из бесконечно удаленной точки в вакууме в данную точку пространства".

[freeman88]

sergey zhukov, спасибо. У вас модель со сложными процессами. Мой вопрос был проще :)
Ну то есть выходит, что электрическое поле постепенно нарастает (смешно, но постепенно - в кавычках) ? Но как бы для нас оно возникает мгновенно.

[realeugene]

freeman88 в сообщении #1531608 писал(а):

Ну то есть выходит, что электрическое поле постепенно нарастает (

Со звоном и излучением волн оно нарастает.

[sergey zhukov]

freeman88
Моя модель проще того, что происходит в проводе, а не сложнее.
Между подключением батарейки и появлением постоянного тока и постоянного электрического поля в проводе есть быстрый и сложный процесс их становления. Он происходит так быстро, что обычно считают, что его вообще нет. Вот про него и был ваш вопрос.

[rustot]

Электрическое поле в пространстве, на том пути, на котором позже оказался провод, батарейка создала еще до появления там провода. Интеграл от этого поля по этому пути и называется разностью потенциалов. А с появлением на этом пути способного двигаться заряда, к этому заряду этим полем была приложена сила, приведшая его в движение. Причем начинает понемногу двигаться этот заряд еще при приближении провода, до замыкания цепи.

Но необходимым условием это не является, допустим в проволочном кольце надеваемом на цилиндрический магнит, при соблюдении полной симметрии никакого электрического поля нет, а ток есть. Для тока нужна эдс, приложенная к зарядам сила, а не именно такой частный случай источника эдс как электрическое поле.