Щелкнем выключатель. В комнате загорается электрическая лампочка. Второй щелчок по выключателю — лампочка гаснет. Задумывались ли вы когда-нибудь над тем, почему это происходит?

Многие, вероятно, скажут, что тут и думать-то нечего. Почти каждый видел разобранный выключатель и знает, что при одном его положении цепь разорвана (рис. 13), а при другом — замкнута (рис. 14). Когда цепь разорвана, через лампочку ток не идёт. Поворачивая выключатель, мы замыкаем цепь, включаем ток, и лампа вспыхивает.

Электрическая цепь разомкнута

Рис. 13. Электрическая цепь разомкнута

Через лампочку проходит ток

Рис. 14. Через лампочку проходит ток

Так, часто говорят: «включить ток«, «выключить ток». Но что это значит? Мы знаем, что электрический ток в металле — это упорядоченное движение свободных электронов. Но свободные электроны в нити лампы имеются и тогда, когда электрическая цепь разорвана, когда лампочка «выключена». Ведь свободные электроны имеются в любом куске металла. Значит, отсутствие тока в лампочке при таком положении выключателя, как это изображено на рисунке 13, вызвано не тем, что в её нити нет электронов, а тем, что движение электронов здесь неупорядоченное, хаотическое. А не упорядочено движение потому, что в нити лампочки нет электрического поля.

Когда мы вкручиваем лампочку в патрон при разомкнутом выключателе, то при этом один конец нити лампочки соединяется с одним из проводов, протянутых в нашу квартиру от электростанции, а второй конец нити присоединяется к проводу, идущему к выключателю, где цепь разорвана (рис. 13). В течение очень малого времени, значительно меньшего, чем секунда, через нить идёт «мгновенный» электрический ток, но затем, электрическое поле заряда, накопляющегося на конце провода в месте обрыва цепи, уравновешивает внешнее поле (поле, созданное генератором). Электрическое поле в лампе и в подводящих к ней проводах исчезает, а поэтому исчезает и ток. Значит, в «выключенной» лампочке нет тока потому, что в нити её нет электрического поля.

Как только мы поворачиваем выключатель, заряд с места, где прежде был обрыв цепи, уходит по второму проводу в генератор, стоящий на электростанции. В лампочке и в подводящих к ней проводах появляется электрическое поле, которое приводит электроны в упорядоченное движение. Так возникает электрический ток.

Таким образом, поворачивая выключатель, мы «включаем», по сути дела, не ток, а поле.

Итак, причиной создания и поддержания электрического тока служит электрическое поле. Ясно, что величина тока, или, как обычно говорят, сила тока, должна зависеть от величины поля. Чтобы понять, как зависит ток от поля, надо уметь характеризовать ток и поле   количественно.

Сила тока — это одно из многих неудачных названий в учении об электричестве, данных ещё тогда, когда ясного понимания того, что такое ток, не было. Это вовсе не сила в обычном понимании этого слова, а количество электричества, протекающее через поперечное сечение провода за одну секунду. Её можно было бы выражать просто числом электронов, пролетающих через сечение проводника в секунду. Но заряд электрона — слишком малая величина для измерения токов, применяемых в технике. Например, через сечение нити лампочки карманного фонаря проходит в секунду около 2 000 000 000 000 000 000 электронов. В качестве единицы электрического заряда принят заряд, которым обладают 6 250 000 000 000 000 000 электронов. Этот заряд называется кулоном. За единицу силы тока принят такой ток, при котором за секунду через сечение проводника проходит заряд в один кулон. Эта единица силы тока называется ампер, а приборы для измерения силы тока — амперметрами.

Чтобы найти количественную зависимость тока от поля, надо уметь измерять не только силу тока, но и величину поля.

Поле правильнее всего было бы характеризовать силой, действующей на какой-нибудь определённый электрический заряд, например на один электрон или на один кулон. Ведь именно существование этих сил и характерно для поля. Но, не говоря уже о трудности измерения сил внутри провода, это неудобно ещё и по другой причине. Ведь в разных точках проводника поле может быть неодинаковым. Значит, чтобы знать, каково поле в проводнике, надо было бы измерить силы в разных точках его, то — есть для каждого куска провода проводить множество труднейших измерений.

Поэтому величину поля в проводнике принято характеризовать не силой, которая действует в нём на электрические заряды, а той работой, которую эта сила совершает, перемещая один кулон электричества от одного конца проводника до другого. Эта работа поля при перемещении им единичного заряда по проводнику называется напряжением, или разностью потенциалов поля на концах проводника.

Единицу напряжения называют вольт, а приборы, измеряющие напряжение, — вольтметрами.

О силе тока и о напряжении слышал каждый, кто имеет дело с электрическими приборами. Теперь должно быть ясно, почему электрический ток характеризуют не одной, а двумя величинами. Только одна из них — сила тока — относится непосредственно к току, напряжением же измеряется величина электрического поля, создающего ток.

Ток создаётся полем. Значит, сила тока в проводнике зависит от напряжения поля на концах его.

На рисунке 12 мы видим амперметр и вольтметр, включённые в цепь электрической дуги. Амперметр включён непосредственно в цепь: ток, идущий через дугу, проходит и через амперметр. Мы видим, что он равен пяти амперам. Вольтметр присоединён к зажимам дуги. Он показывает, что напряжение поля между углями в электрической дуге 55 вольт.

Амперметр всегда включается непосредственно в цепь. При этом ток, идущий в цепи, идёт и через амперметр и измеряется им. Вольтметр не включается в цепь. Его присоединяют к концам какого-либо участка цепи, чтобы измерить напряжение поля между ними.