Постоянный ток. Электрический ток.

Различают токи проводимости и токи смещения. Токи проводимости связаны с направленным движением электрических зарядов. О токах смещения мы поговорим позднее. Проводимость металлов связана с направленным движением электронов, электролитов – с направленным движением ионов, полупроводников – электронов и «дырок». Электроны, ионы, «дырки» называют носителями тока. В отсутствии электрического поля носители тока совершают хаотическое движение и потому через любую поверхность в проводящей среде поток носителей будет равен нулю. При включении электрического поля на тепловое движение носителей накладывается упорядоченное движение со средней скоростьюи через поверхностьпоявляется поток носителей (ток).

Сила тока.

Количественной мерой электрического тока является сила токаI. Силой тока называется заряд, переносимый сквозь поверхностьв единицу времени:

.

Сила тока измеряется в амперах (А).

Плотность тока.

Плотность тока является локальной характеристикой электрического тока. Характеризуется вектором , направление которого совпадает со скоростьюупорядоченного движенияположительныхносителей. Модуль вектораравен отношению силы токачерез элементарную площадку, перпендикулярную скорости направленного движения носителей, к её площади:

.

В общем случае плотность тока равна:

,

где и- объемные плотности зарядов носителей,и- скорости их упорядоченного движения. Для металловплотность тока равна:

,

где ,– концентрация электронов,– величина элементарного заряда.

Вектор направлен по касательной к траектории упорядоченного движения носителей. Эти траектории называются линиями тока. Графически электрический ток, можно представить с помощью линий тока (см. рисунок), направление которых совпадает с направлением, а густота связана с модулем.

Зная можно найти силу тока через поверхность:

.

Сила тока является величиной скалярной и алгебраической, знак которой определяется выбором направления нормали к поверхности в каждой точке.

Найдём силу тока через замкнутую поверхность в проводящей среде:

.

Мы уже отмечали, что в замкнутых поверхностях принято вектор нормали брать наружу. Поэтому заряд, выходящий наружу из объема , ограниченного поверхностью, за единицу времени, должен быть равен убыли заряда в объеме за единицу времени:

,

как следствие закона сохранения электрического заряда.

Ток называется постоянным, если сила тока по величине и направлению не изменяется с течением времени .

Закон Ома для однородного проводника.

Эксперимент показывает, что по проводнику течёт ток силой , если к его концам приложить напряжение, пропорциональный напряжению.

Коэффициент пропорциональности называется проводимостью проводника, который зависит от природы проводника, его геометрических размеров и температуры.

Величина обратная проводимости

.

называется электрическим сопротивлением проводника. Сопротивление измеряется в Омах (Ом), а единица измерения проводимости называется сименс .

Закон Омагласит:

Сила тока, протекающего по однородному проводнику, пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника:

.

В простейшем случае однородного проводника постоянного сечения сопротивление равно:

,

где – длина проводника,– площадь его поперечного сечения,- удельное сопротивление, зависящее от материала проводника и его температуры.

Удельное сопротивление равно сопротивлению проводника длиной 1м и сечением , измеряется в. Величина обратная удельному сопротивлению называется удельной проводимостью:.

У проводников удельное сопротивление является линейной функцией температуры:

,

где - термический коэффициент сопротивления,- удельное сопротивление при 0. Для большинства проводников. При температурах близких к абсолютному нулю сопротивление проводников уменьшается до нуля. Это явление называется сверхпроводимостью, открыто в 1911г. В 1986-87 гг. была обнаружена высокотемпературная сверхпроводимость материалов на основе керамики.