Номер 2, страница 43 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

2. Почему мгновенные значения силы тока во всех сечениях замкнутой цепи в каждый данный момент одинаковы?

2. Мгновенные значения силы тока во всех сечениях замкнутой неразветвленной цепи в любой момент времени одинаковы, и это является прямым следствием фундаментального закона физики — закона сохранения электрического заряда.

Сила тока по определению — это количество заряда $dq$, проходящее через поперечное сечение проводника за малый промежуток времени $dt$: $i = \frac{dq}{dt}$. Закон сохранения заряда утверждает, что заряд не может быть создан или уничтожен, а в контексте электрической цепи — он не может накапливаться в какой-либо ее точке или исчезать из нее (при условии целостности проводников).

Можно провести аналогию с замкнутой системой водопроводных труб, полностью заполненных водой. Если в одном месте трубы начать проталкивать воду, то во всех остальных сечениях трубы вода начнет двигаться практически мгновенно, и объем протекающей воды в секунду будет везде одинаков. Точно так же, когда к цепи прикладывается напряжение, возникающее электрическое поле распространяется по всему проводнику со скоростью, близкой к скорости света. Это поле заставляет все свободные носители заряда (электроны) приходить в упорядоченное движение практически одновременно по всей длине цепи.

Поскольку заряды не могут скапливаться, количество заряда, проходящее через любое поперечное сечение $S_1$ за время $dt$, должно быть равно количеству заряда, проходящему через любое другое сечение $S_2$ за то же самое время. Следовательно, и мгновенное значение силы тока $i(t)$ будет одинаковым во всех точках неразветвленной цепи. Этот принцип также известен как первое правило Кирхгофа, примененное к участку цепи без узлов.

Ответ: Это следует из закона сохранения электрического заряда. Поскольку заряд в замкнутой проводящей цепи не может накапливаться в одних точках и убывать в других, количество заряда, проходящее через любое поперечное сечение проводника за единицу времени, должно быть одинаковым. Это означает, что мгновенное значение силы тока одинаково во всех сечениях цепи.