Постоянный ток

1. Электрический ток.

2. Уравнение непрерывности.

3. Электродвижущая сила.

4. Закон Ома. Сопротивление проводников.

5. Закон Джоуля-Ленца.

6.Закон Ома для неоднородной цепи.

7. Правила Кирхгоффа.

8. Мощность электрического тока. КПД источника тока.

Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц

Для возникновения электрического тока необходимо выполнение двух обязательных условий:

1. В веществе должны присутствовать заряженные частицы, которые способны свободно перемещаться по проводнику. Такие частицы называются свободными носителями заряда. Ими могут быть электроны, ионы или любые частицы, несущие избыточный заряд.

По типу носителей заряда проводники можно разделить на проводники первого и второго рода. К проводникам первого рода относятся вещества, свободными носителям в которых являются электроны (металлы). К проводникам второго рода относятся жидкости, электролиты, кислоты и т.д., свободным носителям в которых являются ионы и электроны.

2. Внутри проводника должно существовать электрическое поле, которое будет заставлять свободные носители перемещаться направленно, а теле проводника.

Количественной характеристикой электрического тока является скалярная физическая величина, называемая силой тока . Единицей измерения силы тока в системе СИ является ампер .

,

где - заряд, переносимый через сечение проводника за время .

За положительное направление тока принимается направление движения положительных частиц.

Плотностью тока называется векторная физическая величина, численно равная количеству электрического заряда протекающего через единицу площади поперечного сечения проводника в единицу времени.

- единичный вектор нормали к поперечному сечению проводника, за положительное направление которого выбирается направление движение положительно заряженных частиц.

,

Т.е. сила тока есть поток вектора плотности тока через любую поверхность S.

Рассмотрим в некоторой среде, в которой течет ток, воображаемую замкнутую поверхность S.

Можно утверждать, что заряд, выходящий в единицу времени из объема V , ограниченного поверхностью S, равен скорости убывания заряда, содержащегося в этом объёме:

или .

Преобразовав левую часть по теореме Остроградского-Гаусса, получим:

Это соотношение называется уравнением непрерывности и оно выражает закон сохранения заряда.

В случае стационарного (постоянного) тока уравнение непрерывности принимает вид:

Рис.1.

Чтобы электрический ток существовал достаточно долго, необходимо поддерживать электрическое поле внутри проводника и каким либо образом переносить положительные заряды от конца проводника с меньшим потенциалом к концу с большим потенциалом. Т.е. осуществлять круговорот зарядов, при котором они бы двигались по замкнутому контуру. Поэтому в замкнутой цепи наряду с участками, на которых положительные заряды двигаются в сторону убывания потенциала под действием электростатического поля, необходимо иметь участки, на которых перенос положительных зарядов происходит в направлении возрастания , т.е. против сил электростатического поля. Перемещение зарядов на этих участках возможно только за счет сил, имеющих не электростатическую природу.

Силы не электростатического происхождения называются сторонними.

Такие силы могут быть обусловлены химическим процессам, диффузией носителей в неоднородной среде или через границу двух разнородных веществ, электрическими ( но не электростатическими, рождёнными изменяющимися во времени магнитными полями).