10. Постоянный электрический ток. Сила и плотность тока

Электрическим током называется всякое упорядоченное движение электрических зарядов. Упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда в веществе или пустоте называется током проводимости. Условия, необходимые для появления и существования электрического тока проводимости в среде:

а) наличие в данной среде свободных носителей заряда;

б) существование в среде внешнего электрического поля, энергия которого должна расходоваться на упорядоченное перемещение электрических зарядов.

Направлением электрического тока считается направление упорядоченного движения положительных электрических зарядов.

Силой электрического тока называется скалярная физическая величина, равная заряду, переносимому через рассматриваемую поверхность в единицу времени, А.

.

Для постоянного тока

.

Электродвижущая сила источника тока (ЭДС) ₁₂ равна работе, совершаемой сторонними силами при перемещении положительного единичного заряда по участку цепи из точки 1 в точку 2:

_стор.d .

Закон Ома (интегральная форма) для неоднородного участка цепи

Сила электрического тока пропорциональна напряжению на участке цепи и обратно пропорциональна его сопротивлению:

.

Закон Ома для замкнутой электрической цепи

,

где  – алгебраическая сумма всех ЭДС, приложенных в цепи; R – эквивалентное внешнее (по отношению к ЭДС) сопротивление; r – эквивалентное сопротивление всех ЭДС.

При прохождении электрического тока по проводникам они нагреваются. Закон Джоуля – Ленца (интегральная форма)

Количество теплоты Q, выделяющееся в проводнике за малое время dt, пропорционально квадрату силы тока I, электрическому сопротивлению R проводника и промежутку времени:

Q = I²Rdt = (IU)dt = (U ²/ R)dt,

где U = IR – напряжение на проводнике.

Количество тепла, выделяющееся в проводнике за конечный промежуток времени (от t₁ до t₂):

,

если I = const, то Q = I ²R (t₂ - t₁).

Правила Кирхгофа­­­­

П ервое правило Кирхгофа (правило узлов) – алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:

,

где n – число проводников, сходящихся в узле, I _k – ток в k-ом проводнике (рис. 1.8).

Положительными считаются токи, подходящие к узлу (токи I₁, I₃), отрицательными – токи, отходящие от узла (токи I₂, I₄, I₅), или наоборот.

Второе правило Кирхгофа (правило контуров) – в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвлённой электрической цепи, алгебраическая сумма напряжений на соответствующих участках этого контура равна алгебраической сумме ЭДС в контуре:

.