4. Законы постоянного тока

4.1. Сила и плотность тока. Сторонние силы, эдс и напряжение

Электрическим током называют упорядоченное движение электрических зарядов. Направленное движение электрических зарядов под действием сил электрического поля называют током проводимости. Для появления и существования тока проводимости необходимы два условия:

1. Наличие в данной среде электрических зарядов. В металлах ими являются электроны проводимости; в жидких проводниках (электролитах) – положительные и отрицатель- ные ионы; в газах – положительные ионы и электроны.

2. Наличие электрического поля, энергия которого затрачивалась бы на перемещение электрических зарядов.

За направление электрического тока условно принимают направление движения положительных зарядов. Количественной характеристикой электрического тока является сила тока – заряд, протекающий через поперечное сечение проводника в единицу времени:

. (4.1)

Силу тока можно связать со средней скоростью υ упорядоченного движения зарядов. За время dt через попереч- ное сечение проводника площадью dS протечет заряд dq, заключенный в объеме проводника длиной dl= υ^.dt, (рис.4.1)

dq=q₀^.n^.dS^.dl,

где q₀ – заряд каждой частицы, n – концентрация частиц.

Тогда сила тока

. (4.2)

Плотность тока j – векторная физическая величина, численно равная силе тока, проходящего через единицу площади сечения проводника, проведенного перпендикулярно к направлению тока, и совпадающая с направлением тока

. (4.3)

Для того, чтобы ток был длительным, необходимо устройство, в котором какой-либо вид энергии непрерывно преобразовывался бы в энергию электрического поля. Такое устройство называется источником тока. В источнике тока перемещение носителей происходит против сил поля, а это возможно лишь благодаря силам неэлектростатического происхождения, называемых сторонними силами.

I

dl

υ

dS tg=1/R

0 U

Рис.4.1 Рис.4.2

Величина, равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС) , действующей в цепи или на ее участке

, . (4.4)

Стороннюю силу, действующую на заряд, можно представить через напряжённость поля сторонних сил

, (4.5)

тогда ЭДС для замкнутой цепи определяется выражением

. (4.6)

Следовательно, ЭДС, действующая в замкнутой цепи, равна циркуляции вектора напряжённости поля сторонних сил.

Величина, численно равная работе, совершаемой электрическими и сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи, называется напряжением:

. (4.7)