Билет №5

Электрический ток и вектор плотности тока. Ток в проводнике представляет собой направленное движение заряженных частиц. Сила тока (или просто ток) определяется как производная по времени от суммарного заряда Q(t), прошедшего через поперечное сечение проводника:

. (34)

Средней по сечению проводника плотностью тока называется отношение силы тока к площади сечения проводника . В общем случае плотность тока может быть разной в различных точках сечения. Величина вектора плотности тока численно равна заряду, протекающему в единицу времени через дифференциально малую площадку, перпендикулярную скорости направленного движения зарядов. За направление вектора плотности тока принимается направление средней скорости направленного движения зарядов. В соответствии с этими определениями, при концентрации n частиц в проводнике с зарядом е каждая, и их средней скорости направленного движения вектор плотности тока равен . (35)

Выделим внутри проводника малую площадку dS (рис.14). Заряд, прошедший через нее за время dt, равен = , где α – угол между векторами и . Заряд , прошедший через все сечение проводника, равен интегралу , откуда ток, протекающий через все сечение проводника, равен . (36)

Таким образом, сила тока является потоком вектора плотности тока. Единица силы тока называется ампер [I] = [A] и является основной электрической единицей в системе СИ, ее точное определение будет дано позднее.

Электродвижущая сила (эдс). Если проводник внести в электростатическое поле, то заряды будут двигаться до тех пор, пока их собственное поле не скомпенсирует поле внешнее, после чего практически мгновенно ток прекратится. Для поддержания тока к зарядам необходимо приложить силы не электростатической природы, называемые сторонними. Пусть на некотором участке цепи действуют сторонние силы с напряженностью и силы электростатического поля с напряженностью . Вычислим работу, необходимую для переноса заряда q из точки 1 в точку 2 = + .

Разделим обе части на q: + .

Величина U= называется напряжением и равна суммарной работе электростатических и сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда из 1 в 2. Первое слагаемое = - это введенная ранее разность потенциалов (см.19), а второе называется электродвижущей силой (эдс), которая численно равна работе поля сторонних сил, необходимой для переноса единичного положительного заряда из точки 1 в точку 2

 = . (37)

Следовательно, U=( ) +. (38)

Если точки 1 и 2 совпадают ( ) – цепь замкнута, тогда эдс представляет собой циркуляцию вектора напряженности поля сторонних сил. Если на участке не действуют сторонние силы (такой участок называется однородным, эдс=0), то U = ,  для однородного участка цепи напряжение совпадает с разностью потенциалов.