Думаете электричество течёт по проводам? Вы заблуждаетесь.

Вот цитата исследователя, о котором Вы наверняка слышали, и который знал про электричество значительно больше, чем многие знают и сегодня:

«День за днем я задавался вопросом, что же такое электричество, и не находил ответа. С тех пор прошло восемьдесят лет, и я по-прежнему задаю себе тот же вопрос, но не в состоянии ответить на него.» (Никола Тесла)

Общепринятое представление об электрическом токе

Многие считают электричество и электрический ток одним и тем же, хотя это разные понятия. Также многие уверены, что электрический ток — это некий поток электронов, движущийся по проводам от источника питания к электроприбору. Как вода в шланге. И что именно этот поток приводит в движение электроприборы.

Но вот несколько причин, по которым данное представление не может быть верным (помимо того, что ток идёт не от «плюса», а от «минуса»).

• Скорость движения свободных электронов в медном проводнике сечением 1,5 мм2 (стандарт для бытовой системы освещения) составляет 0,05 мм/с. На этом отрезке умещается более 100 тысяч атомов. Если представить их цепочкой бильярдных шариков, то они будут располагаться с дистанцией между ними примерно равным самим шарикам. Если бы энергия передавалась простым физическим столкновением электронов, им бы потребовалось некоторое время на передачу по цепочке импульса к движению. При такой скорости, после нажатия клавиши выключателя на стене, лампочка на потолке загорится только через несколько часов отнюдь не мгновенно.
• В отличии от батареек, в наших электросетях переменный ток. Это означает, что он постоянно меняет своё направление. В России это происходит 50 раз в секунду. Так что электроны в проводе вообще никуда не движутся. Они просто колеблются туда-сюда практически на одном месте.
• Проводов, идущих без разрывов от электростанции до наших домов, не существует в природе. На этом пути стоит множество подстанций с трансформаторами, в которых нет прямого контакта проводов. Электроны физически не в состоянии перескочить там с одной катушки на другую.

Из всего этого можно сделать вывод, что не сами электроны приводят в действие электроприборы. Так что же, а главное каким образом течёт по нашим проводам?

Определение электрического тока

Для начала посмотрим, как электрический ток объясняется в энциклопедиях. Вот определение из «Физической энциклопедии»:

«Электрический ток – направленное движение электрических зарядов (электронов, ионов, дырок и т.п.). Количественно электрический ток характеризуется вектором плотности электрического тока…»

Далее идут разъяснения, которые простому человеку будут мало понятны. Нам надо просто запомнить, что для электрического тока не обязательно нужны электроны. Электроны – это лишь один из возможных носителей, передающих заряды. И именно эти заряды являются электрическим током.

Теперь посмотрим более простое определение в Википедии:

«Электрический ток или электроток — направленное (упорядоченное) движение частиц или квазичастиц — носителей электрического заряда. Последующее электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами осуществляется не прямо, а посредством электромагнитного поля. Скорость распространения электромагнитного взаимодействия (поля) или скорость электромагнитного излучения достигает световых скоростей, что многократно превышает скорость движения самих носителей электрического заряда.»

Тут обращает внимание то, что скорость движения передаваемой энергии превышает скорость движения самих носителей заряда, достигая практически скорости света.

Из всего этого следует, что электрический ток – это не просто движение электронов по проводу, а скорость передачи энергии не связана с их скоростью и направлением их движения.

Электрический ток и электричество

Электрический ток и электричество — это разные понятия. Вот определение электричества из Большой Советской Энциклопедии:

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, совокупность явлений, обусловленных существованием, движением и взаимодействием электрически заряженных тел или частиц. Взаимодействие электрических зарядов осуществляется с помощью электромагнитного поля (в случае неподвижных электрических зарядов — электростатического поля; см. Электростатика). Движущиеся заряды (Электрический ток) наряду с электрическим возбуждают и магнитное поле, т. е. порождают электромагнитное поле, посредством которого осуществляется электромагнитное взаимодействие (учение о магнетизме, т. о., является составной частью общего учения об Э.). Электромагнитные явления описываются классической электродинамикой, в основе которой лежат Максвелла уравнения.

Т.е., электричество — это нечто большее, чем просто электрический ток, который является лишь одним из его проявлений.

А далее ещё интереснее. Электроэнергия вообще не передаётся внутри провода. Но чтобы это понять, ознакомимся немного с природой электричества.

Электромагнитные волны

В середине XIX века британский физик Джеймс Клерк Максвелл проанализировал все известные на тот момент формулы, описывающие явления электричества и магнетизма. Одно из них противоречило остальным. Чтобы привести его в соответствие, Максвелл чисто математическим путём добавил в него ещё одно слагаемое, перекликающееся с частью другого уравнения.

Так появилось математическое описание взаимодействия меняющихся в пространстве электромагнитных полей. Сегодня мы называем это явление электромагнитными волнами. В зависимости от частоты колебания, электромагнитные волны охватывают весь спектр излучений от низкочастотных и радиоволн до гамма-излучения.

Также выяснилось, что для передачи электромагнитных волн никакой среды (воздух, вода, металл) не требуется. Они передаются и в полном вакууме, как бы цепляясь друг за друга.

Электричество вокруг нас

Из вышесказанного, можно сделать два вывода:

• Во-первых, электрическая составляющая есть во всех видах излучения, включая видимый свет.
• Во-вторых, для передачи энергии провода не являются обязательным условием, т.к. передаётся она электромагнитным полем.

Даже при проводной передаче электричества эта энергия передаётся полем не внутри провода, а вокруг него. В обучающем фильме для высших учебных заведений студии «Леннаучфильм» (отрывок из него есть в полной версии статьи) прямо говорится:

«…энергия течёт в пространстве, окружающем провод, но не в самом проводе.»

В центре же проводника напряжённость поля (не путать с потоком электронов) равна нулю.

Добавлю, что эффективный проводной способ передачи электричества возможен лишь при использовании электромагнитных волн с очень ограниченным диапазоном колебаний — 50-60 герц. Если же эту частоту увеличивать, то провод постепенно будет превращаться в антенну, излучающую энергию во все стороны. В конце-концов, лампочка на другом его конце просто погаснет.

Электричество — это не только поток электронов внутри проводов. Электрический ток лишь одно из проявлений электричества. Мы каждый день пользуемся множеством электроприборов, но данное заблуждение чрезвычайно распространено. Электричество повсюду вокруг нас. Вспомните про солнечные панели, которые превращают в электрический ток электромагнитные волны оптического диапазона, излучаемые Солнцем.