Постоянный ток. Сила и плотность тока. Сторонние силы. Эдс и напряжение.
Электрический ток — это упорядоченное (направленное) движение свободных электрических зарядов (носителей тока).
Постоянный ток — это ток, при котором сила тока и его направление не изменяются со временем.
Условия существования тока:
Наличие свободных носителей заряда (в проводнике).
Наличие электрического поля, создаваемого и поддерживаемого источником тока.
Сила тока — это
скалярная величина, равная отношению
заряда (
),
прошедшего через поперечное сечение
проводника за малый промежуток времени
(
),
к этому промежутку времени. Она определяет
скорость переноса заряда.
Единица измерения:
Ампер (А).
.
Направление тока: По соглашению, за направление тока принимают направление движения положительных зарядов.
Плотность тока (
)
— это векторная величина, характеризующая
силу тока, приходящуюся на единицу
площади поперечного сечения проводника,
перпендикулярного направлению движения
зарядов.
Где:
— площадь сечения, перпендикулярного
вектору
.
Вектор
направлен в сторону движения положительных
зарядов.
Единица измерения:
Ампер на квадратный метр (
).
Сторонние Силы и ЭДС
Сторонние силы (
)
— это силы неэлектростатического
(некулоновского) происхождения,
действующие на свободные заряды внутри
источника тока (гальванический
элемент, генератор).
Природа сил: Химические (в аккумуляторах), магнитные (в генераторах), тепловые (в термоэлементах).
Назначение: Сторонние силы совершают работу по разделению положительных и отрицательных зарядов внутри источника, накапливая их на полюсах и поддерживая разность потенциалов, необходимую для движения тока по внешней цепи.
Электродвижущая сила
(ЭДС) — это скалярная физическая
величина, равная работе сторонних
сил (
)
по перемещению единичного положительного
заряда (
)
по всей замкнутой цепи:
Единица измерения:
Вольт (В).
.
ЭДС является главной характеристикой источника тока и определяет его способность поддерживать постоянный ток в цепи.
Напряжение (
)
на участке цепи — это скалярная величина,
равная работе суммарных сил
(кулоновских
и сторонних
)
по перемещению единичного положительного
заряда на данном участке:
На внешнем участке цепи (вне источника): Сторонние силы отсутствуют (
),
и напряжение численно равно разности
потенциалов (
)
на концах этого участка, т.е. работе
кулоновских сил:
На замкнутой цепи: Суммарная работа кулоновских сил равна нулю (поле потенциально), а суммарная работа сторонних сил равна ЭДС:
Напряжение на клеммах источника: В режиме замкнутой цепи напряжение на клеммах источника (
)
всегда меньше ЭДС (
)
за счёт падения напряжения на внутреннем
сопротивлении (
)
самого источника:
Где
— падение напряжения на внутреннем
сопротивлении.
В режиме холостого хода (цепь разомкнута,
):
Напряжение на клеммах источника равно
его ЭДС:
.