Номер 49.11, страница 179 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 49. Электрический ток. Глава 7. Электрические явления - номер 49.11, страница 179.

49.11 [н] В проводнике есть как положительно, так и отрицательно заряженные частицы. Создаёте ли вы электрический ток, перенося незаряженный проводник?

Решение

Электрический ток по определению — это упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов. Сила тока определяется как суммарный заряд, проходящий через некоторую поверхность (например, поперечное сечение проводника) в единицу времени. Важно подчеркнуть, что речь идет о переносе результирующего (суммарного) заряда.

В любом проводнике, например, в металлическом, есть положительно заряженные частицы (ионы в узлах кристаллической решетки) и отрицательно заряженные частицы (свободные электроны). Незаряженный проводник является электрически нейтральным. Это означает, что суммарный заряд положительных ионов в точности равен по модулю и противоположен по знаку суммарному заряду всех свободных электронов. Таким образом, полная плотность заряда в любой точке проводника равна нулю: $ \rho = \rho_+ + \rho_- = 0 $, где $ \rho_+ $ — плотность положительного заряда, а $ \rho_- $ — плотность отрицательного заряда.

Когда мы перемещаем весь проводник как единое целое со скоростью $ \vec{v} $, все его частицы — и положительные ионы, и отрицательные электроны — движутся с этой же скоростью $ \vec{v} $.

Рассмотрим ток, создаваемый движением этих зарядов. Движение положительных ионов создает электрический ток. Плотность этого тока равна $ \vec{j}_+ = \rho_+ \vec{v} $. Движение свободных электронов также создает электрический ток. Плотность этого тока равна $ \vec{j}_- = \rho_- \vec{v} $.

Суммарная плотность тока в проводнике будет равна векторной сумме плотностей токов, создаваемых положительными и отрицательными зарядами: $ \vec{j}_{общ} = \vec{j}_+ + \vec{j}_- = \rho_+ \vec{v} + \rho_- \vec{v} = (\rho_+ + \rho_-)\vec{v} $

Поскольку проводник электрически нейтрален, суммарная плотность заряда $ \rho_+ + \rho_- = 0 $. Следовательно, суммарная плотность тока также равна нулю: $ \vec{j}_{общ} = 0 \cdot \vec{v} = 0 $

Так как плотность тока равна нулю, то и полный ток $ I $ через любое сечение проводника также равен нулю.

Таким образом, хотя при перемещении проводника происходит направленное движение как положительных, так и отрицательных зарядов, эти два потока зарядов полностью компенсируют друг друга. Поток положительного заряда в одном направлении эквивалентен потоку отрицательного заряда в противоположном направлении. В данном же случае оба типа зарядов движутся в одном направлении, но их суммарный заряд равен нулю, поэтому и результирующий ток равен нулю.

Ответ: нет, при переносе незаряженного проводника электрический ток не создается. Несмотря на то, что и положительные, и отрицательные заряды в проводнике движутся, их движение не создает результирующего переноса заряда, так как проводник в целом электрически нейтрален.