Постоянный электрический ток

Электрический ток — это упорядоченное движение зарядов. Это движение порождается электродвижущей силой (ЭДС) источника тока, которая численно равна работе сторонних сил по перемещению единицы положительного заряда с одного контакта (полюса) источника на другой. Сторонними называются силы, по своей природе отличающиеся от электрических (механические, химические и др.), которые внутри источника тока переносят заряды против действия электрических сил (положительные заряды — от отрицательного полюса к положительному). Вся работа в электрической цепи совершается за счёт ЭДС источника, т.е. в конечном счёте за счёт этих сторонних сил. ЭДС измеряется в тех же единицах, что и напряжение, т.е. в вольтах.

Направление тока определяется движением положительных зарядов (от «плюса» к «минусу»), поэтому отрицательные электроны, в большинстве случаев являющиеся реально движущимися носителями зарядов, движутся в сторону, обратную номинальному направлению тока.

Электрическая цепь — совокупность источников тока, соединительных проводов, электрических приборов и других устройств, в которых ток производит работу.

Закон Ома для неразветвлённого участка цепи (двухполюсника), на котором не действуют сторонние силы: I = U / R, где I — сила тока в данном участке цепи; U — напряжение на концах этого участка; R — электрическое сопротивление этого участка.

Работа электрического тока на участке цепи определяется силой тока I и напряжением U на этом участке, а также временем их действия t:  A = U · I · t.

Мощность электрического тока  W = U · I.

Первое правило Кирхгофа: алгебраическая (с учётом знака) сумма силы токов, сходящихся в любой точке разветвления цепи, равна нулю — сколько тока втекает в узел цепи, столько и вытекает оттуда.

Второе правило Кирхгофа: для любого замкнутого контура, выделенного из разветвлённой цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов на соответствующие сопротивления равна алгебраической сумме всех электродвижущих сил в этом контуре — суммы напряжений и ЭДС в контуре равны.

Электромагнетизм

Сила Ампера, действующая на малый участок проводника с током:  ΔF = I · Δl · B · sin(β), где I — сила тока в проводнике; Δl — длина этого малого (элементарного) участка проводника; B— индукция магнитного поля; β — угол между направлениями магнитной индукции и протекания тока по проводнику.

Сила взаимодействия двух параллельных проводников с током:  F = μ · μ₀ · I₁ · I₂ · l / (2π · r), где μ — относительная магнитная проницаемость среды; μ₀ — абсолютная магнитная проницаемость вакуума; I₁ и I₂ — сила тока в соответствующих проводниках; l — длина проводников; r — расстояние между проводниками (намного меньшее их длины).

Магнитная индукция в точке пространства. Для движущегося заряда B = ((μ₀· μ) / (4 · π)) · (q / r³) · [r v], где μ₀ — магнитная постоянная СИ; μ — относительная магнитная проницаемость, раз; q — величина движущегося движущегося заряда; r — расстояние до этого заряда; [r v] — проекция нормали вектора скорости заряда v на плоскость, перпендикулярную направлению на него. Для бесконечного прямого проводника с током B = ((μ₀· μ) / (4π)) · (2 · I / r), где в дополнение к предыдущим обозначениям I — сила тока, текущего по проводнику; r — расстояние до проводника. Это частные случаи, общим решением являются уравнения Максвелла.

Сила Лоренца в скалярном представлении при отсутствии электрического поля:  F = q · v · B · sin(α), где q — величина заряда, движущегося в магнитном поле; v — скорость заряда; B — индукция магнитного поля; α — угол между скоростью заряда и направлением магнитной индукции.

Момент силы при воздействии магнитного поля на плоский контур:  M = I · S · B · sin(α), где I — сила тока в контуре; S — площадь контура; B — индукция магнитного поля; α — угол между нормалью к плоскости контура и направлением магнитной индукции. Величина p_m = I · S называется магнитным моментом.

Энергия катушки индуктивности: E = L · I² / 2, где L — индуктивность катушки, I — сила тока через обмотку катушки. Формула «симметрична» энергии конденсатора.

Индуктивность соленоида с сердечником: L = μ₀· μ · n² · (S / l) · k, где μ₀ — магнитная постоянная СИ; μ — относительная магнитная проницаемость сердечника (для ферромагнетиков зависит и от его формы); n — число витков; S — площадь внутреннего сечения соленоида (сечение сердечника); l — длина намотки; k — коэффициент, определяемый соотношением длины намотки l и её диаметра d.

Отношение длины и диаметра намотки l/d	0.1	0.5	1	5	≥10
k	0.2	0.5	0.6	0.9	1.0