Постоянный электрический ток.

§1. Электрический ток. Сила тока.

Определение. Электрическим током называется направленное движение электрических зарядов.

Электрический ток в металлах, создается упорядоченным движением свободных электронов, ток в электролитах, осуществляется упорядоченным движением ионов, ток в газах – движением ионов и электронов.

Согласно электронной теории при объединении атомов в металлический кристалл слабее всего связанные с атомом (так называемые валентные) электроны отщепляются от атомов и начинают свободно перемещаться по всему металлическому телу. Эти электроны называются свободными или электронами проводимости. Они совершают хаотическое движение подобное движению молекул газа. Поэтому совокупность свободных электронов в металлах называют электронным газом.

Если к проводнику приложено внешнее электрическое поле, то на беспорядочное тепловое движение свободных электронов накладывается направленное движение под действием сил электрического поля — так называемый дрейф электронов, что и обусловливает электрический ток.

Так как носителями электрического тока являются электроны, то проводимость металлических проводников носит название электронной проводимости.

Направлением электрического тока принято считать направление, в котором упорядоченно движутся положительные заряды. Свободные электроны и отрицательные ионы движутся в направлении, противоположном направлению тока.

Определение. Силой тока называется скалярная величина , равная отношению заряда Δq, который переносится сквозь площадь поперечного сечения проводника за время Δt, к этому промежутку времени:

Определение. Постоянным называется электрический ток, сила и направление которого сохраняются с течением времени неизменными.

Для постоянного тока где q — заряд, который переносится сквозь поперечное сечение проводника за время t.

Если сила тока изменяется со временем по синусоидальному закону, ток называется переменным.

Единица силы тока — ампер (А),

υ·∆t

Сила постоянного тока в металлическом проводнике с площадью поперечного сечения S: I = enυS,

где е — элементарный электрический заряд, п — число носителей зарядов (электронов проводимости) в единице объема, υ — средняя скорость упорядоченного движения электронов.

Определение. Вектором плотности тока называется физическая величина, модуль которой равен отношению силы тока I к площади поперечного сечения проводника S, перпендикулярной к вектору .

Плотность тока проводимости в металлах ,

где n — число электронов проводимости в единице объема, е — элементарный электрический заряд, — вектор средней скорости упорядоченного движения электронов. Модуль вектора имеет значения порядка 10-4 м/с при наибольших допустимых плотностях токов.

Плотность тока измеряется в амперах на квадратный метр (А/м2).

Время установления тока в цепи ,

где L — длина цепи, с — скорость света в вакууме, совпадает с временем установления вдоль всей цепи стационарного электрического поля.