Электрические токи проводимости, переноса и смещения. Принцип непрерывности электрического тока (без примеров)

Явление направленного движения свободных зарядов и/или явление изменения вектора электрического смещения во времени, сопровождаемые магнитным по­лем, называют полным электрическим током

Полный электрический ток принято разделять на следующие основные виды: ток проводимости, ток переноса и ток смещения.

Электрическим током проводимости принято называть явление направлен­ного движения свободных носителей электрического заряда в некотором объе­ме V вещества или пустоты, когда . Здесь q_{ и v_t — величина и скорость движения i-го заряда, входящего в совокупность N свободных зарядов объема V.

Некоторые вещества обладают свойством, называемым электропровод­ностью, проводить под действием не изменяющегося во времени электриче­ского поля не изменяющийся во времени электрический ток. Их называют проводниками или проводящими веществами.

В произвольный момент времени ток проводимости равен производной по времени от электриче­ского заряда, переносимого носителями заряда сквозь некоторую рассматривае­мую поверхность s:

Плотность тока – величина, равная пределу отношения тока Δi сквозь элемент поверхности Δs, нормальный к направлению движения заряженных частиц, к этому элементу, когда последний стремится к нулю, , и имеющую направление, совпадающее с направлением движения положительно заряженных частиц или, соответственно, противоположное направлению дви­жения отрицательно заряженных частиц. Единицей тока является ампер (А) и единицей плотности тока — ампер на квадратный метр (А/м²).

Плотность тока проводимости при постоянной температуре проводника пропорциональна напряженности электрического поля. , γ - удельной электрической проводимо­стью вещества.

Величину ρ= 1/γ, обратную удельной проводимости, называют удельным электрическим сопротивлением вещества.

Другой вид электрического тока проводимости, именуемый элек­трическим током переноса, под которым понимают явление переноса элек­трических зарядов движущимися в свободном пространстве заряженными час­тицами или телами.

, ρ - средняя объемная плотность заряда движущихся частиц, v – их скорость.

Третий вид электрического тока, называется током электрического смещения. С этим видом тока приходится считаться при переменном электрическом поле в диэлектрике.

Этот вид электрического тока в диэлектрике называют электрическим током поляризации.

Вектор плотности всего тока смещения в диэлектрике:

Сумма токов всех родов — проводимости, переноса и смеще­ния — сквозь любую замкнутую поверхность равна нулю.

Принцип непрерывности электрического тока: полный электрический ток сквозь взятую в какой угодно среде замкнутую поверхность равен нулю.

Линии тока нигде не имеют ни начала, ни конца, они принци­пиально являются замкнутыми линиями. Электрический ток протекает всегда по замкнутым путям.

Электрическое напряжение. Разность электрических потенциалов. Электродвижущая сила

Если частица с зарядом q переносится в электриче­ском поле вдоль некоторого пути, то действующие на нее силы поля совершают работу. Отношение этой работы к переносимому заряду представляет собой физическую величину, называемую электрическим напряже­нием. При перемещении частицы по пути dl силы поля совершают работу dA = f cosdl = qEcosdl = qEdl.

Работа, совершаемая силами поля при перемещении частицы вдоль всего пути от точки A до точки B равна . Она пропорциональна линейному интегралу напряженности поля вдоль заданного пути. Этот линейный интеграл равен электрическому напряжению вдоль заданного пути от A к B. Принято обозначать напряжение буквой u. Электрическое напряжение представляет собой физическую величину, характеризующую электрическое поле вдоль рассматриваемо­го пути и равную линейному интегралу напряженности электрического поля вдоль этого пути.

Единицей напряжения является вольт (В). значение напряженности электрического поля равно падению напряжения, отнесенного к единице длины линии напряженности поля.

Величина r=u/i является электрическим сопротивлением рассматриваемого отрезка проводника. Электрическое сопротив­ление измеряется в омах (Ом).

Соотношение и = ri представляет собой закон Ома для этого участка проводника.

Мощность, определяющая коли­чество энергии, выделяемой в проводнике в виде теплоты в единицу времени, имеет выражение p = A/t = uq/t = ui = ri².

Это соотношение выражает закон Джоуля-Ленца. Единицей мощности является ватт (Вт).

Электростатическое поле - поле покоящихся заря­женных тел.

Величину, равную интегралу , называют разностью электрических потенциалов точек А и В и обозначают U_A - U_B. . Разность электрических потенциалов двух то­чек электростатического поля численно равна работе сил поля при перемещении точечного заряженного тела с положительным зарядом, равным единице, из од­ной данной точки в другую.

, P – конечная заданная в пространстве точка. Величина U называется электрическим потенциалом рассмат­риваемой точки поля.

Электри­ческое поле, которое может быть в каждой точке охарактеризовано с точностью до электрических по­тенциалов, носит название потенциального электрического поля.

Электрическое поле около неподвижных проводников с постоянными токами и внутри этих провод­ников будем называть стационарным электрическим полем

Отношение q к U называется электриче­ской емкостью тела.

– электрическая емкость между телами. Система из двух таких тел, специально созданная для использования ее элек­трической емкости, называется конденсатором.

Единицей электрической емкости служит фарад (Ф).

Появление ЭДС связано с наличием электрических полей неэлектростатиче­ского и непотенциального характера. В общем случае в замкнутом контуре действует элек­тродвижущая сила е, если линейный интеграл напряженности электрического поля вдоль замкнутого контура не равен нулю: =e≠0

Электродвижущая сила элемента равна разности потенциалов или напряжению на его зажимах при разомкнутой внешней цепи (при отсутствии тока в цепи).

Говоря об источниках ЭДС, будем употреблять также термин источник энергии.