Электрический ток. Сила тока, напряжение, электрическое сопротивление Электрический ток

Электрический ток – направленное движение свободных зарядов в электрическом поле.

Из определения следует, что для протекания электрического тока необходимы два условия.

● 1. Наличие свободных зарядов. Это легко выполняется при наличии проводника.

● 2. Создание в проводнике электрического поля. Эту функцию выполняют источники тока – устройства, преобразующие какой либо вид энергии в энергию электрического поля.

За направление электрического тока принимают направление движения положительного заряда (направление, противоположное движению отрицательного заряда). Количественно электрический ток характеризуется переносом заряда через поперечное сечение проводника.

Постоянный электрический ток – электрический ток, направление и количественная характеристика которого не меняются с течением времени.

Сила тока

Сила постоянного тока – отношение заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его переноса.

Единица измерения силы тока – 1 А – основная единица в СИ.

1 ампер – это такая сила тока, при которой два параллельных проводника на расстоянии 1 м друг от друга на каждый метр длины в вакууме взаимодействуют с силой 2·10^–7 Н. Через определение силы тока вводится единица измерения электрического заряда.

Используя законы классической электронной теории, силу тока определяют, рассматривая его как поток частиц с зарядом q₀, концентрацией n, через поперечное сечение проводника площадью S, движущихся со средней скоростью υ (скорость дрейфа зарядов).

Если ток переменный, то сила тока определяется как предел, к которому стремится сила постоянного тока за бесконечно малый интервал времени, то есть как производная заряда по времени.

Различают три действия электрического тока: магнитное, тепловое и химическое. Для описания действий электрического тока недостаточно одной характеристики – силы тока. Протекание тока сопровождается совершением работы по перемещению заряда, которая описывается физической величиной напряжение.

Напряжение. Закон Ома для неоднородного участка цепи

Напряжение (падение напряжения) на участке цепи – отношение полной работы, которая совершается электростатическими и сторонними силами по перемещению заряда вдоль участка цепи, к величине этого заряда.

Из определения следует, что в теме «Электрический ток» следует различать термины напряжение и разность потенциалов. Напряжение равно разности потенциалов, если на участке цепи работают только электростатические силы (однородный участок).

В общем случае:

Это уравнение называют законом Ома для неоднородного участка цепи.

Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление (сопротивление) – коэффициент пропорциональности между напряжением и силой тока в законе Ома для однородного участка цепи.

В классической электронной теории под электрическим сопротивлением понимают взаимодействия свободных зарядов с другими частицами вещества, препятствующие их направленному движению.

Электрическое сопротивление однородного проводника – величина, зависящая от геометрических размеров проводника и электрических свойств его вещества. Например, для провода постоянного сечения

г де l – длина провода, S – площадь его поперечного сечения, ρ – удельное сопротивление – постоянная величина, показывающая, каким сопротивлением обладает единица длины вещества с единичной площадью поперечного сечения. В СИ ρ = [Ом·м].

Удельное сопротивление и сопротивление проводника зависят от температуры вещества:

где ρ₀ и R₀ – соответственно удельное сопротивление и сопротивление при температуре 0 °С, α – температурный коэффициент сопротивления, t – температура по шкале Цельсия.