Пучки протонов и электронов в опытах, описанных в предыдущем разделе, представляют собой электрические токи. Естественной мерой таких токов является число элементарных зарядов, переносимых за секунду.
Если пучок положительно заряженных частиц направлен в металлический сосуд, то сосуд с течением времени приобретает все больший и больший электрический заряд. По этому признаку можно сказать, что ток направлен внутрь сосуда. Направление тока совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц.
Пучок отрицательно заряженных частиц также представляет собой электрический ток. Но когда мы ловим его в металлический сосуд, заряд сосуда уменьшается. Если мы одновременно ловим пучки положительно и отрицательно заряженных частиц, то они нейтрализуют друг друга. Если в сосуд за секунду поступает одинаковое число положительно и отрицательно заряженных частиц, то заряд сосуда не изменяется. Хотя пучок отрицательно заряженных частиц движется по направлению к сосуду, он образует ток, направленный от сосуда, опорожняя сосуд от положительно заряженных частиц столь же быстро, как положительно заряженный пучок наполняет его. Иначе говоря, пучок отрицательно заряженных частиц образует электрический ток, направление которого противоположно направлению движения отрицательно заряженных частиц. Вообще электрический ток может вызываться движением как положительно, так и отрицательно заряженных частиц. Общий электрический ток обусловлен суммой числа положительных элементарных зарядов, протекающих за секунду (вызывающих электрический ток в направлении их движения), и отрицательных элементарных зарядов, протекающих за секунду (вызывающих электрический ток в направлении, противоположном их движению).
Нам уже известен пример возникновения электрического тока с помощью заряженных частиц обоих знаков, движущихся в противоположных направлениях. В электролитической ванне, показанной на рис., ионы движутся в обоих направлениях. Положительные ионы, движущиеся от А к С, составляют часть электрического тока в направлении к С. Остальная часть этого тока создается отрицательными ионами, движущимися в противоположном направлении.
Полный электрический ток не начинается и не кончается в электролитической ванне. Он входит через проволоку от положительного зажима батареи к А, выходит через проволоку от С и идет к отрицательному зажиму батареи. В каждой из этих проволок движущимися заряженными частицами являются электроны, и эти отрицательные частицы движутся в направлении, противоположном направлению электрического тока. Например, они идут от А к положительному зажиму, вызывая перенос положительно заряженных частиц от зажима к Л. Рассматривая всю цепь, мы видим, что электрический ток течет во внешней цепи от положительного к отрицательному полюсу батареи. С другой стороны, внутри батареи ток идет от отрицательного полюса к положительному. Батарея продолжает перемещать положительно заряженные частицы к положительно заряженному зажиму и отрицательно заряженные частицы к отрицательному зажиму, несмотря на электрическое отталкивание этих частиц от зажимов. В этом процессе батарея использует химическую энергию для насильственного перемещения заряженных частиц к зажимам.
Результирующая скорость течения элементарных зарядов одинакова во всей цепи. Так должно быть потому, что когда ток течет равномерно, заряды не скапливаются ни в каком участке цепи. Поэтому в один конец какого-либо участка входит столько же элементарных зарядов, сколько через другой конец выходит.
Постоянный электрический ток нельзя измерить, наблюдая изменение заряда. Но можно представить себе наблюдателя, который может сосчитать элементарные заряды, проходящие мимо определенной точки цепи. Если проследить за частицами, проходящими по проволоке в определенном месте, то можно обнаружить I отрицательно заряженных частиц, или I электронов, проходящих за секунду. Если смотреть на заряженные частицы, проходящие через электролитическую ванну в определенном месте, то также будет обнаружено I элементарных заряженных частиц, проходящих в секунду. Но здесь надо подсчитать как число отрицательных частиц, движущихся в одном направлении, так и число положительных частиц, проходящих в противоположном направлении, и сложить эти числа для получения полного электрического тока, являющегося мерой полного переноса заряда. Из следующего раздела будет видно, как можно реально измерить постоянный ток.