3.2.2. Електричний струм у різних середовищах
Густина струму в металі:
,
де
−
заряд електрона,
−
концентрація вільних електронів (тобто
число їх в одиниці об'єму),
середня
швидкість напрямленого руху електронів.
Густина струму в газі при відсутності насичення:
,
де
−
абсолютне значення заряду кожного іона,
концентрація іонів одного знаку в
одиниці об'єму),
−
рухливість
позитивних і негативних іонів,
напруженість
електричного поля в газі.
Густина струму насичення в газі між плоскими електродами, відстань між якими , дорівнює:
,
де
−
число пар
іонів, щомиті утворених іонізатором в
одиниці об'єму газу.
Електрон може залишити метал лише за умови, що його кінетична енергія:
,
де
−
робота виходу електрона з даного металу.
Густина струму насичення при термоелектронній емісії (питома емісія) визначається формулою:
,
де
– абсолютна температура металу,
– стала Больцмана,
– постійна, різна для різних металів.
Питома електропровідність електроліту:
,
де
−
концентрація молекул розчиненої
речовини,
−
коефіцієнт дисоціації, рівний відношенню
числа дисоційованих молекул до їх
загального числа.
Для електричного струму в електроліті мають місце два закони Фарадея:
1) маса
речовини, що виділяється при електролізі,
дорівнює:
,
де
−
кількість електрики, що пройшла через
електроліт,
−
електрохімічний еквівалент;
2) електрохімічний еквівалент пропорційний хімічному еквіваленту, тобто:
,
де
−
маса одного
кг-атома,
–валентність,
−
маса кг-еквівалента, і
−
число Фарадея, чисельно рівне
3.3. Магнітне поле
3.3.1. Магнітне поле струму
За законом
Біо-Савара-Лапласа елемент контуру
,
по якому протікає струм
,
створює в деякій точці
простору магнітне поле напруженістю
:
,
де
– відстань від елементу струму
до точки
,
– кут між радіус-вектором
і елементом струму
.
Застосовуючи закон Біо-Савара-Лапласа
до контурів різних видів, можна знайти:
– напруженість магнітного поля, створеного нескінченно довгим прямолінійним провідником із струмом:
,
де
– відстань від точки, де визначається
напруженість, до провідника зі струмом;
– напруженість магнітного поля на осі колового струму:
,
де
– радіус колового контуру зі струмом,
– відстань від точки, де визначається
напруженість, до площини контуру;
– напруженість магнітного поля всередині тороїду та нескінченно довгого соленоїду:
,
де
– число витків, що припадають на одиницю
довжини соленоїда (тороїда);
– напруженість магнітного поля на осі соленоїда скінченої довжини:
,
де
і
– кути між віссю соленоїда і
радіус-вектором, проведеним із
розглядуваної точки до кінців соленоїда.
Магнітна індукція
пов’язана з напруженістю
магнітного поля співвідношенням:
,
де
– відносна магнітна проникність
середовища і
– магнітна стала, рівна
.
Об’ємна густина енергії магнітного поля рівна:
.
Потік магнітної індукції через контур дорівнює:
,
де
– площа поперечного перерізу контура,
– кут між нормаллю до площини контура
і напрямом магнітного поля.
На елемент провідника зі струмом, що знаходиться в магнітному полі індукцією , діє сила Ампера:
,
де – кут між напрямом струму та напрямом магнітного поля.
Сила, що діє на
заряджену частинку, що рухається зі
швидкістю
в магнітному полі, визначається формулою
Лоренца:
,
де – заряд частинки, – кут між напрямом швидкості частинки і напрямом магнітного поля.
Магнітний момент контуру зі струмом:
,
де – площа контура.
Робота переміщення провідника зі струмом в магнітному полі:
,
де
– потік магнітної індукції, який
перетинає при своєму русі провідник.