1-1 Основы теории цепей / Лекция № 2. Электрический ток
.pdf
Количественной мерой тока служит I - заряд, перенесенный через заданную поверхность S (или через поперечное сечение проводника), в единицу времени,
т.е.:
I q (2.1.3)
t
ХНУРЭ. Профессор кафедры ТКС Шостко И.С.
Если, однако, движение свободных зарядов таково, что оно не приводит к перераспределению зарядов в пространстве, то есть к изменению со временем плотности зарядов ρ, то в этом частном случае электрическое поле – снова статическое.
Этот частный случай есть случай постоянного тока.
Ток, не изменяющийся по величине со временем
– называется постоянным током
I q |
(2.1.4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
- отсюда видна размерность силы тока в СИ:
ХНУРЭ. Профессор кафедры ТКС Шостко И.С.
1A Клс ;
Сила тока. Единицы силы тока. Амперметр.
Заряд, протекающий через данное поперечное сечение проводника в единицу
времени, характеризует силу тока.
Силу тока в цепи измеряют специальным прибором - амперметром.
I q
t
Схема включения: амперметр включается в электрическую цепь последовательно с элементом, в котором он измеряет силу тока.
|
АМПЕР Андре Мари |
|
Амперметр - электрический прибор для измерения силы тока. |
(22.I 1775 - 10.VI 1836) |
|
французский физик, |
||
|
||
|
математик и химик |
|
|
|
Условное |
Амперметр |
|
Амперметр |
обозначение на |
Амперметр те |
схемах |
||
лабораторный |
хнический |
демонстрационный |
|
|
|||
|
|
ХНУРЭ. Профессор кафедры |
|
ТКС Шостко И.С.
Таким образом, сила тока равна отношению заряда ∆q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени ∆t, к этому интервалу времени. Если сила тока со временем не меняется, то ток называют постоянным.
Сила тока, подобно заряду, - величина скалярная. Она может быть как положительной, так и отрицательной. Знак силы тока зависит от того, какое из направлений вдоль проводника принять за положительное. Сила тока I > 0, если направление тока совпадает с условно выбранным положительным направлением вдоль проводника. В противном случае
I < 0.
ХНУРЭ. Профессор кафедры ТКС Шостко И.С.
2.2. Плотность тока
Как известно из курса физики, есть две основные характеристики электрического тока – это сила
тока I и плотность тока j .
В отличие от силы тока, которая есть величина скалярная и направления не имеет, плотность
тока – это вектор.
Связь между этими двумя физическими величинами такова:
I |
|
jdS |
(2.2.1) |
|
ХНУРЭ.SПрофессор кафедры ТКС Шостко И.С.
Или наоборот, модуль вектора
плотности тока численно равен отношению силы тока через элементарную площадку, перпендикулярную направлению движения носителей заряда, к ее
площади: |
I |
|
|
j |
|
||
S |
(2.2.2) |
||
|
|||
|
|
ХНУРЭ. Профессор кафедры ТКС Шостко И.С.
Плотность тока j - есть более подробная характеристика тока, чем сила тока I.
j - характеризует ток локально, в каждой точке пространства,
а I – это интегральная характеристика, привязанная не к точке, а к области пространства, в которой протекает ток.
ХНУРЭ. Профессор кафедры ТКС Шостко И.С.
Ясно, что плотность тока j связана
с плотностью свободных зарядов ρ и со скоростью их движенияvдр:
jvдр
ХНУРЭ. Профессор кафедры ТКС Шостко И.С.
|
|
|
|
|
|
|
|
j |
|
За направление вектора |
принимают |
|
||
направление вектора |
v |
др |
положительных |
|
|
|
|||
носителей зарядов (раньше не знали о
существовании отрицательных носителей зарядов и приняли так).
Если носителями являются как положительные, так и отрицательные
заряды, то плотность тока определяется формулой:
|
|
|
|
j q n v |
др. q n vдр. |
(2.2.4) |
|
где q n и q n – объемные плотности зарядов.
ХНУРЭ. Профессор кафедры ТКС Шостко И.С.
Там, где носители только электроны, плотность тока определяется выражением:
|
|
|
j envдр. |
(2.2.5) |
|
ХНУРЭ. Профессор кафедры ТКС Шостко И.С.