§ 37. Действия электрического тока

Невидимые частицы, переносящие заряд, слишком малы для прямого наблюдения. Физики определяют наличие тока по вызываемым изменениям. Совокупность таких эффектов называют действиями тока (рис. 1: три колонки — слева спираль нагревается, в середине ионы расходятся к электродам в ванне, справа гвоздь с обмоткой держит железку; каждую разберём по очереди). Понимание этих явлений позволяет создавать приборы, опираясь на косвенные признаки работы скрытых процессов. В лабораториях фиксируют температурные, химические или механические отклики цепи, чтобы делать точные выводы о невидимых носителях.

Под действием поля свободные электроны в металлах ускоряются, сохраняя хаотическое движение. Встречая атомы решётки, они передают им кинетическую энергию. Каждое столкновение работает как микроскопический удар, постепенно накапливающий тепловой эффект. В результате колебания ионов усиливаются, что ведёт к росту внутренней энергии и температуры образца. Проводник при этом не только нагревается, но и удлиняется, из-за чего под собственным весом может слегка провисать между опорами. Подобное выделение тепла характерно не только для твёрдых металлов, но и для жидких сред, где ионы также сталкиваются с молекулами.

Подобный нагрев широко применяют в быту и промышленности. В квартирах он лежит в основе работы чайников и утюгов, где проводник намеренно превращают в нагревательный элемент. В технике аналогичный принцип реализуют при контактной электросварке. Детали плотно прижимают зажимами, пропускают мощный импульс, и в зоне соприкосновения выделяется максимум теплоты.