Просмотр исходного текста страницы Т. Ток

== Электрический ток. Сила и плотность тока ==

'''Электрическим током''' называется направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц.

Электрический ток в проводниках различного рода представляет собой либо направленное движение электронов в металлах (проводники первого рода), имеющих отрицательный заряд, либо направленное движение более крупных частиц вещества — ионов, имеющих как положительный, так и отрицательный заряд — в электролитах (проводники второго рода), либо направленное движение электронов и ионов обоих знаков в ионизированных газах (проводники третьего рода).

'''За направление электрического тока''' условно принято направление движения положительно заряженных частиц.

'''Для существования электрического тока''' в веществе необходимо:
# наличие заряженных частиц, способных свободно перемещаться по проводнику под действием сил электрического поля;
# наличие источника тока, создающего и поддерживающего в проводнике в течение длительного времени электрическое поле.

Количественными характеристиками электрического тока являются сила тока ''I'' и плотность тока ''j''.

'''Сила тока''' — скалярная физическая величина, определяемая отношением заряда Δ''q'', проходящего через поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени Δ''t'', к этому промежутку времени.

<center><math>~\mathcal h I \mathcal i = \frac{\Delta q}{\Delta t} ; \ I = \lim_{\Delta t \to 0} \frac{\Delta q}{\Delta t} .</math></center>

Единицей силы тока в СИ является ампер (А).

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

Единица силы тока — основная единица в СИ 1 А — есть сила такого неизменяющегося тока, который, проходя по двум бесконечно длинным параллельным прямолинейным проводникам очень маленького сечения, расположенным на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, вызывает силу взаимодействия между ними 2·10<sup>-7</sup> Η на каждый метр длины проводников.

Рассмотрим, как зависит сила тока от скорости упорядоченного движения свободных зарядов.

Выделим участок проводника площадью сечения ''S'' и длиной Δ''l'' (рис. 1). Заряд каждой частицы ''q''<sub>0</sub>. В объеме проводника, ограниченном сечениями ''1'' и ''2'', содержится ''nS''Δ''l'' частиц, где ''n'' — концентрация частиц. Их общий заряд <math>~\Delta q = q_0 nS \Delta l</math>.

[[Изображение:Img_T-73-001.jpg|frame|center|<center>Рис. 1</center>]]

Если средняя скорость упорядоченного движения свободных зарядов <math>~\mathcal h \upsilon \mathcal i</math>, то за промежуток времени <math>~\Delta t = \frac{\Delta l}{\mathcal h \upsilon \mathcal i}</math> все частицы, заключенные в рассматриваемом объеме, пройдут через сечение ''2''. Поэтому сила тока:

<center><math>~I = \frac{\Delta q}{\Delta t} = \frac{q_0 n \mathcal h \upsilon \mathcal i S \Delta l}{\Delta l} = q_0 n \mathcal h \upsilon \mathcal i S . \qquad (1)</math></center>

Таким образом, сила тока в проводнике зависит от заряда, переносимого одной частицей, их концентрации, средней скорости направленного движения частиц и площади поперечного сечения проводника.

Заметим, что в металлах модуль вектора средней скорости упорядоченного движения электронов <math>~\mathcal h \upsilon \mathcal i</math> при максимально допустимых значениях силы тока ~ 10<sup>-4</sup> м/с, в то время как средняя скорость их теплового движения ~ 10<sup>6</sup> м/с.

'''Плотность тока''' ''j'' — это векторная физическая величина, модуль которой определяется отношением силы тока ''I'' в проводнике к площади ''S'' поперечного сечения проводника, т.е.

<center><math>~j = \frac IS .</math></center>

В СИ единицей плотности тока является ампер на квадратный метр (А/м<sup>2</sup>).

Как следует из формулы (1), <math>~\vec j = q_0 n \mathcal h \vec \upsilon \mathcal i</math>. Направление вектора плотности тока <math>~\vec j</math> совпадает с направлением вектора скорости упорядоченного движения <math>~\mathcal h \vec \upsilon \mathcal i</math> положительно заряженных частиц. Плотность постоянного тока постоянна по всему поперечному сечению проводника.

== Литература ==

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 252-253.

[[Category:Постоянный ток]]
[[Category:Аксенович Л.А. Физика]]