Очень простая схема состоит из резистора, батареи и нескольких проводников, соединяющих резистор с батареей (при условии, что сопротивление проводника равно ). Всегда предполагается, что оба конца проводящего провода, т. е. один, подключенный к клемме батареи, а другой, подключенный к клемме резистора, имеют одинаковый потенциал, и, следовательно, разность потенциалов равна нулю.
Если разность потенциалов внутри проводника равна нулю, то это означает, что электрическое поле внутри проводника должно быть равно нулю. Если это так, то почему электрон внутри проводящего провода движется и почему по проводу течет ток?
Моя идея
Если электрическое поле внутри проводящего провода равно нулю, то это означает только то, что электроны внутри проводящего провода не ускоряются, а могут двигаться с постоянной скоростью, а поскольку ток представляет собой скорость потока заряда в единицу времени, электрический ток может существуют в проводнике.
Здесь нужно сделать два замечания:
(1) В идеализированной модели цепи сопротивление моделируется равным нулю. Это означает, что на самом деле он не равен нулю, он просто очень низкий и не стоит включать его в расчеты.
(2) В сверхпроводящем проводе вам не нужно напряжение, чтобы иметь ток. Петля из сверхпроводящего провода без каких-либо других элементов в цепи может проводить ток (где электроны просто вращаются вокруг петли). Ясно, что в этой петле нет разности потенциалов между любыми двумя точками.
Это происходит (как вы и догадались) из-за того, что электрические поля нужны только для ускорения электронов. Когда мы говорим об обычных (несверхпроводящих) цепях, мы всегда имеем в виду стационарное состояние, в котором пренебрегают внутренней массой (массой) электронов и согласовывают сопротивление с силой толчка (напряжением).
В качестве механического аналога: обычные уравнения электрической цепи можно сравнить с легкой бусиной, проталкиваемой через патоку. Сила, толкающая шарик вперед (напряжение), немедленно соответствует сопротивлению патоки (коэффициент сопротивления, умноженный на скорость шарика). сопротивление текущий). Время, необходимое для ускорения шарика до этой равновесной скорости, не учитывается, поскольку патока густая, а шарик легкий. (электроны IE не очень тяжелые).
В сверхпроводнике он теперь подобен бусинке в вакууме, где при наличии постоянной силы он будет испытывать постоянное ускорение.
Полезная ссылка:
См. уравнения непосредственно под заголовком «Лондонская теория» на этой странице Википедии. Вы увидите, что скорость изменения тока (ускорение электронов) связана с электрическим полем.
Моя идея
Если электрическое поле внутри проводящего провода равно нулю, то это означает только то, что электроны внутри проводящего провода не ускоряются, а могут двигаться с постоянной скоростью, а поскольку ток представляет собой скорость потока заряда в единицу времени, электрический ток может существуют в проводнике.
По сути, это правильно. Мне нравится механическая аналогия толкания коробки по поверхности с трением против коробки без трения. Когда я толкаю коробку по поверхности с трением, я должен приложить силу, равную противодействующей кинетической силе трения, которая заставляет коробку двигаться с постоянной скоростью. Я совершаю работу, которая рассеивается как нагрев от трения. Это аналогично силе электрического поля, необходимой для совершения работы по преодолению электрического сопротивления, что приводит к резистивному нагреву.
Но если затем я встречу идеальную поверхность без трения (идеальный проводник с нулевым сопротивлением) на том же пути, что и поверхность с трением, я могу отпустить ящик, и он будет продолжать двигаться с той же постоянной скоростью, что и на поверхности с трением, но теперь без необходимости силы и работы, чтобы держать коробку в движении.
Две ситуации, взятые вместе, аналогичны одному и тому же току, протекающему в последовательной цепи, состоящей из резистора и идеального проводника с нулевым сопротивлением.
Надеюсь это поможет.
Джон Кастер