Добавил:
rushevamar@mail.ru Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
лекции по физике Родин / LEKTsIYa__08_POSTOYaNNYJ_ELEKTRIChESKIJ_TOK.doc
Скачиваний:
13
Добавлен:
09.09.2020
Размер:
341.5 Кб
Скачать

Лекция № 8 постоянный электрический ток сила и плотность тока

Понятие электрического тока является важнейшим понятием в разделе физики, называемом электродинамикой  наукой, изучающей явления, обусловленные движением зарядов (макроскопически заряженных тел).

Электрическим током называется любое упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов, перенос заряда через ту или иную поверхность S (сечение проводника).

Для возникновения электрического тока необходимо выполнение трех условий:

1) наличие свободных зарядов (т.е. зарядов, способных перемещаться под действием поля). Носителями тока являются:

  • свободные электроны (Me);

  • электроны и дырки (п/п);

  • отрицательные и положительные ионы (электролиты);

  • ионы и электроны (газы);

2) наличие самого электрического поля, энергия которого каким-то образом, восполняясь, расходовалась бы на их упорядоченное движение;

3) наличие устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектрического происхождения, т.е. источников тока.

Количественной характеристикой тока является сила тока.

Сила тока  это скалярная физическая величина, определяемая количеством электричества (т.е. электрическим зарядом), протекающим через поперечное сечение проводника за единицу времени:

. (1)

Условно за направление тока принято направление движения положительных зарядов.

Ток, величина силы которого I и направление скорости не изменяется со временем, называется постоянным. Для постоянного тока:

,

где Q  электрический заряд, проходящий за время t через поперечное сечение проводника. Единица силы тока  ампер (А).

Суммарный электрический заряд, перенесенный через поперечное сечение проводника за время :

. (2)

Выясним микроскопический смысл силы тока.

Пусть концентрация свободных носителей в проводнике n, их заряд q, скорость . За время dt через поперечное сечение проводника пройдет заряд, содержащийся в объеме dV:

.

Подставив в (1) видим, что сила тока определяется произведением свободного заряда, его скорости, его концентрации и площади поперечного сечения проводника:

I = qnuS. (3)

Первые три величины являются характеристиками носителей тока; четвертая относится к проводнику. Так как электрический ток может быть распределен по поверхности, через которую он протекает, неравномерно, то целесообразно ввести величину  плотность тока, определяемую только параметрами носителей.

Плотность тока  это векторная физическая величина, определяемая силой тока через поперечное сечение проводника в данной точке пространства, перпендикулярное его направлению:

. (4)

Выразим плотность тока через скорость:

, (5)

где <>  среднее значение скорости носителей. За направление принимается направление вектора скорости положительных зарядов.

Поле вектора можно изобразить можно изобразить графически с помощью линий тока, которые строятся также как и линии вектора напряженности электрического поля . Зная вектор плотности тока в каждой точке поверхности S, можно найти силу тока через эту поверхность как поток вектора :

I = . (6)

Подчеркнем, что сила тока является величиной скалярной и алгебраической.