Батарея сохраняет постоянную разность потенциалов, а в отсутствие токов любой хороший проводник целиком находится под одним и тем же электрическим потенциалом. Следовательно, сохраняя с помощью батареи постоянную разность потенциалов, мы можем разгонять заряженные тела в электрическом поле до заранее заданной кинетической энергии между любыми двумя проводниками. Проводники не должны быть обязательно большими параллельными пластинами.
Можно допустить наличие некоторого тока в проводниках без того, чтобы разность потенциалов существенно изменилась. Поскольку заряды движутся в проводниках свободно, для перемещения заряда от одной точки к другой почти не требуется затраты энергии, и проводник может находиться приблизительно при одном потенциале, хотя зарядам и нужна небольшая сила для перемещения.
Мы можем применить эти идеи для проверки наших сведений о разности потенциалов и энергии. Например, можно подсчитать энергию электронов, испускаемых электронной пушкой. Эта пушка состоит из нагретой нити, которая испускает электроны с незначительными скоростями, и пластины (анода), находящейся под постоянной разностью потенциалов по отношению к нити. Электроны ускоряются между нитью и пластиной. Затем они проходят через отверстие в пластине с кинетической энергией, определяемой разностью потенциалов. Разность потенциалов между нитью и пластиной в 1000 В передает каждому электрону кинетическую энергию 1000*1,6*10-19 Дж, так как заряд каждого электрона равен одному элементарному заряду. Нам не обязательно точно знать структуру электрического поля между нитью и пластиной. Фактически напряженность поля очень велика около нити и мала у пластины. Однако при прохождении частиц от нити к пластине энергия, приходящаяся на один элементарный заряд, зависит только от разности потенциалов.
Мы можем проверить это экспериментально, рассматривая движение электронов от электронной пушки в равномерно замедляющем электрическом поле между параллельными пластинами, где известна тормозящая сила (рис.). Электроны будут пересекать пространство между двумя параллельными пластинами, поскольку замедляющая разность потенциалов между пластинами меньше ускоряющей разности потенциалов между нитью и пластиной электронной пушки. Они останавливаются, достигая дальнего конца системы, и ток через амперметр прекращается, как только замедляющая разность потенциалов превзойдет ускоряющую разность потенциалов. Этот опыт показывает, что энергию определяет разность потенциалов, созданная батареей; форма проводников не имеет значения.
Что модно в этом сезоне? Предлагаю обсудить новые стили одежды вместе!