§ 45. Распределение напряжения в проводнике с током.

Мы видели (§ 24), что в случае равновесия зарядов напряжение между любыми точками проводника равно нулю. Наоборот, если по проводнику течет ток, то между различными точками проводника должно существовать напряжение. Исследуем распределение напряжения в проводнике с током.

Прикрутим к концам деревянного изолированного стержня (в точках  и , рис. 76) проволоки и соединим их с полюсами работающей электрической машины. Так как дерево является проводником, хотя и плохим, то в стержне возникает ток. (Этот ток настолько слаб, что его можно обнаружить и измерить, только применяя чувствительный гальванометр.) Присоединив листки и корпус электрометра к каким-либо двум точкам стержня  и , мы обнаружим, что между ними существует некоторое напряжение. Напряжение это тем больше, чем дальше друг от друга отстоят вдоль стержня сравниваемые точки, и достигает наибольшего значения между крайними точками стержня.

Рис. 76. Распределение напряжения в деревянном стержне , по которому идет ток. Присоединяя электрометр к точкам  и  стержня, можно убедиться, что напряжение тем больше, чем ближе к точке  взята точка

То же самое можно показать, пользуясь вместо электрической машины гальваническими элементами и создавая ток не в деревянном стержне, а в металлическом проводнике. Для этого можно взять кусок железной проволоки и замкнуть ее на батарею из нескольких элементов, соединенных последовательно. Ток в проволоке будет намного сильнее, чем в деревянном стержне, и его можно легко измерить, введя последовательно в цепь амперметр. Однако напряжение между различными точками проволоки будет в этом опыте невелико, и для его измерения нужно применить вместо обычного школьного электрометра более чувствительный прибор. И в этом опыте мы найдем, что между различными точками проволоки существует напряжение, которое достигает наибольшего значения между концами проволоки. При наличии в проводнике электрического тока между концами любого его участка существует электрическое напряжение.

Существование разности потенциалов между точками проводника с током совершенно аналогично существованию разности давлений в струе жидкости при ее течении с трением по трубам, с которым мы познакомились в томе I. Это сходство можно проследить на приборе, изображенном на рис. 77 и понятном без дальнейших пояснений. Если закрыть конец горизонтальной трубки краном, то тока жидкости не будет, при этом во всех манометрах 1,2,...

жидкость устанавливается на одной и той же высоте (обозначенной штрих-пунктирной линией), т. е. между различными точками трубки нет разности давлений, точно так же, как между точками проводника, по которому не течет ток, нет разности потенциалов. При открывании крана возникает более или менее сильный ток жидкости, и уровни манометров располагаются по наклонной линии, указывая на падение давления вдоль трубки.

Рис. 77. Распределение давления жидкости в трубке аналогично падению электрического напряжения в цепи