Сторонние силы. Металлические сферы двух одинаковых электрометров зарядим зарядами противоположного знака и соединим проводом (a и b). Электрическое поле, созданное разностью потенциалов между сферами, приводит к упорядоченному движению свободных электронов в проводе. В результате возникает электрический ток и сразу прекращается — электрометры разряжаются. Это значит, что разность потенциалов между сферами станет равна нулю, электрическое поле исчезнет и электрический ток в проводнике прекратится.
Для существования электрического тока в течение продолжительного времени следует поддерживать разность потенциалов между металлическими сферами 1 и 2. Для этого используют специальные устройства - источники тока.
Электростатическое поле перемещает свободные электроны только из части проводника с меньшим потенциалом в часть с большим потенциалом, задача источника тока заключается в возвращении этих электронов обратно в часть с меньшим потенциалом (на отрицательный полюс) (c). Значит, в источнике тока свободные электроны должны двигаться в направлении, противоположном направлению сил, действующих на них со стороны электрического поля. А это возможно в том случае, если в источнике тока на частицы действуют силы неэлектростатического происхождения.
• Все силы, действующие на электрически заряженные частицы и не являющиеся силами электростатического происхождения, называют сторонними силами.
• Источник тока - устройство, в котором создаются сторонние силы, действующие на свободные заряженные частицы.
Природа сторонних сил может быть химической (в гальваническом элементе), тепловой (в термоэлементе), световой (в фотоэлементе) и др.
Отметим, что необходимость сторонних сил для существования постоянного тока в цепи является результатом закона сохранения энергии. Так как электростатическое поле является потенциальным, то работа этого поля при перемещении заряженных частиц вдоль замкнутой цепи равна нулю. Прохождение электрического тока по цепи
сопровождается потерями энергии — проводник нагревается и выделяет тепло по закону Джоуля-Ленца. Поэтому в цепи должен быть другой источник энергии, в результате работы которого будут восполняться потери энергии. Сторонние силы должны быть непотенциальными, чтобы их работа вдоль замкнутой цепи была отлична от нуля. В процессе совершения ими работы носители заряда приобретают энергию внутри источника тока. При подсоединении проводника к полюсам источника свободные электроны в них движутся под действием электростатических сил, а внутри источника их двигают сторонние силы (d).
Электродвижущая сила. Вы уже знаете, что отличная от нуля работа электрического поля по созданию электрического тока характеризуется физической величиной, называемой электродвижущей силой индукции (см. тема 1.9).