XI. Электрический ток

В общем случае электрический ток - это направленное движение электрических зарядов. За направление тока берется направление движения положительных зарядов. Электрический ток возникает за счет разности потенциалов источника тока. Постоянный ток - это такой ток, который не изменяется по величине и направлению. Сила тока - это количество электричества протекающего через поперечное сечение проводника за одну секунду:

- сила тока (А)

dq- количество заряда (Кл)

dt- время (с)

Для поддержания электрического тока в источнике тока (генераторе) происходит разделение разноименных зарядов. Силы, разделяющие заряды в генераторе, имеют не электрическую природу и их называют сторонними силами.

ЭДС источника генератора равна работе по разделению зарядов по отношению к единичному заряду:

- ЭДС (В) - работа по перемещению единичного заряда.

- работа (Дж)

Практически ЭДС равна разности потенциалов при разомкнутых полюсах источника тока. Разность потенциалов на полюсах источника тока при замкнутой внешней электрической цепи называется напряжением:

- напряжение (В)

- потенциалы на полюсах источника тока (В)

1. Электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное движение свободных электрических зарядов, т.е. электронов и называется электронная проводимость.

Металлы по структуре имеют упорядоченную кристаллическую решетку, в узлах которой распределяются ионы. При столкновении электронов с ионами кристаллической решетки электроны теряют свою скорость. Это проявляется как сопротивление электрическому току.

Закон Ома для участка цепи:

- сила тока (А)

- сопротивление (Ом)

- напряжение (В)

Экспериментально установлено, что сопротивление электрическому току определяется согласно формуле:

- удельное сопротивление (Омм)

- площадь поперечного сечения (м²)

l – длина проводника (м)

Сопротивление проводника зависит от температуры:

где: R₀, ρ₀ - сопротивление и удельное сопротивление проводника при температуре, равной 0C⁰; t⁰- температура по C⁰;α- температурный коэффициент сопротивления.

У металлов с повышением температуры сопротивление растет, а у полупроводников наоборот - уменьшается.

Закон Ома для цепи, содержащей ЭДС:

_I- сила тока (А)

ε- ЭДС источника тока

_R- внешнее сопротивление электрической цепи

r- внутреннее сопротивление источника тока

Сила тока, деленная на площадь сечения проводника, называется плотностью тока. Величина, обратная удельному сопротивлению называется электропроводность или удельная проводимость. Напряжение, деленное на единицу длины проводника, называется напряженность. Приведенные зависимости имеют вид:

Используя эти уравнения и формулу сопротивления току можно получить закон Ома в дифференциальном виде:

Плотность тока равна произведению электропроводности и напряженности электрического поля в данном участке цепи.

2. Правила Кирхгофа

Для разветвленной цепи, когда в узлах разветвления сходятся не менее трех проводников: алгебраическая сумма сил тока в узле разветвления равна нулю:

Сумма ЭДС источников тока равна сумме напряжений на отдельных участках цепи: