Номер 49.12, страница 179 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 49. Электрический ток. Глава 7. Электрические явления - номер 49.12, страница 179.

49.12 [н] Может ли в неподвижном проводнике существовать электрический ток при отсутствии электрического поля?

Решение

Да, электрический ток в неподвижном проводнике может существовать при отсутствии электрического поля. Хотя в большинстве стандартных случаев электрический ток в проводниках (согласно закону Ома в дифференциальной форме $ \vec{j} = \sigma \vec{E} $) вызывается именно электрическим полем, существуют физические явления, при которых это условие не является необходимым.

1. Сверхпроводимость

В сверхпроводниках электрическое сопротивление равно нулю при температуре ниже критической. Если в замкнутом сверхпроводящем контуре создать электрический ток (например, с помощью кратковременного изменения магнитного потока), то после прекращения внешнего воздействия этот ток будет существовать неограниченно долго без затухания. Поскольку сопротивление равно нулю ($ R=0 $), для поддержания тока не требуется разность потенциалов (напряжение $ U = IR = 0 $), а следовательно, не требуется и электрическое поле внутри проводника ($ \vec{E}=0 $). Носители заряда (куперовские пары) движутся по инерции, не испытывая сопротивления со стороны кристаллической решетки.

2. Диффузионный ток

Электрический ток представляет собой упорядоченное движение носителей заряда. Это движение может быть вызвано не только электрическим полем, но и неоднородной концентрацией носителей заряда в проводнике. Если в какой-то области проводника создать избыточную концентрацию носителей заряда (например, электронов), они начнут перемещаться в область с меньшей концентрацией. Этот процесс называется диффузией. Направленное движение зарядов в процессе диффузии и есть электрический ток, называемый диффузионным. Плотность диффузионного тока $ \vec{j}_{диф} $ пропорциональна градиенту концентрации носителей заряда $ \nabla n $: $ \vec{j}_{диф} = -Dq \nabla n $, где $ D $ — коэффициент диффузии, а $ q $ — заряд носителя. Как видно из формулы, для возникновения этого тока наличие электрического поля $ \vec{E} $ не требуется. Такой ток играет ключевую роль в работе полупроводниковых приборов (например, в p-n переходах), но может существовать и в обычных металлах при искусственном создании градиента концентрации носителей.

Таким образом, оба этих явления демонстрируют возможность существования электрического тока в неподвижном проводнике без наличия в нём электрического поля.

Ответ: Да, может. Примерами являются незатухающий ток в сверхпроводящем контуре и диффузионный ток, вызванный неоднородной концентрацией носителей заряда.