3.1 Электрический ток. Условия существования электрического тока. Сила и плотность тока

В электродинамике – разделе учения об электричестве, в котором рассматриваются явления и процессы, обусловленные движением электрических зарядов или макроскопических заряженных тел, – важнейшим понятием является понятие электрического тока. Электрическим током называется любое упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов. В проводнике под действием приложенного электрического поля  свободные электрические заряды перемещаются: положительные – по полю, отрицательные – против поля (рис. 17.1, а), т.е. в проводнике возникает электрический ток, называемый током проводимости. Если же упорядоченное движение электрических зарядов осуществляется перемещением в пространстве заряженного макроскопического тела (рис. 17.1, б), то возникает так называемый конвекционный ток.

рис a) рис б)

Для возникновения и существования электрического тока необходимо, с одной стороны, наличие свободных носителей тока – заряженных частиц, способных перемещаться упорядоченно, а с другой – наличие электрического поля, энергия которого каким-то образом восполняясь, расходовалась бы на их упорядоченное движение. 3а направление тока условно принимают направление движения положительных зарядов.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I — скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени:

Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется постоянным. Для постоянного тока

где q – электрический заряд, проходящий за время t через поперечное сечение проводника. Единица силы тока – ампер (А).

Физическая величина, определяемая силой тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока, называется плотностью тока:

Выразим силу и плотность тока через скорость упорядоченного движения зарядов в проводнике.



рис 17.2

Если концентрация носителей тока равна n и каждый носитель имеет элементарный заряд е (что не обязательно для ионов), то за время dt через поперечное сечение S (рис.17.2) проводника переносится заряд dq = neSdt. Сила тока

а плотность тока

(17.1)

Плотность тока – вектор, ориентированный по направлению тока, т.е. направление вектора совпадает с направлением упорядоченного движения положительных зарядов. Единица плотности тока – ампер на метр в квадрате ().

Сила тока сквозь произвольную поверхность S определяется как поток вектора , т.е.

(17.2)

Last modified: Monday, 2 June 2014, 12:14 PM