6 Постоянный электрический ток

6.1 Электрический ток, сила тока и плотность тока

6.2 Уравнение непрерывности

6.3 Э.Д.С.

6.4 Закон Ома. Параллельное и последовательное соединение проводников

6.5 Закон Ома для неоднородного участка цепи

6.6 Правило Кирхгофа

6.7 Мощность тока. Закон Джоуля - Ленца

6.1 Электрический ток. Сила тока. Плотность тока

Электрическим токомназывается упорядоченное (направленное) движение электрических заряженных частиц. Тело, проводящее электрический ток, называютпроводником. Носителями тока в металлах и полупроводниках являются электроны, в электролитах - положительные и отрицательные ионы, в ионизированных газах - ионы и электроны.

Направлением электрического тока условились считать то направление, в котором упорядоченно движутся положительные заряды. Это направленное движение заряженных частиц происходит на фоне их теплового (хаотического) движения.

Сила тока

Для количественной характеристики электрического тока введены две характеристики: скалярная - сила токаи векторная -плотность тока.

Сила тока равна отношению заряда , прошедшего через поперечное сечение проводника за время, к этому интервалу времени

Ток называют постоянным, если за равные конечные промежутки времени через поперечное сечение проходят равные заряды и направление тока не изменяется со временем.

Единицей силы тока в СИ является ампер (А): [I]= 1 А.

Силе тока в 1Асоответствует перенос за1счерез поперечное сечение проводника заряда в1 Кл (1А = 1 Кл/с).

Величина, равная отношению силы тока Iк площади поперечного сеченияS, называетсяплотностью тока

Плотность тока определяется соотношением:

,

где q- заряд отдельной частицы,n- число частиц в единице объема (концентрация),- средняя скорость движения частиц. Направление векторасовпадает с направлением вектора.

Сила тока сквозь произвольную поверхность Sопределяется как поток вектора:

6.2. Уравнение непрерывности

Рассмотрим замкнутую поверхность S

- заряд, входящий в единицу времени из объема V, ограниченного площадьюS.

В силу закона сохранения заряда, эта величина равна убыли заряда в объеме V:

,

,

, (по теореме Остроградского-Гаусса)



- уравнение непрерывности, или закон сохранения заряда.

Изменение заряда в некотором объеме Vможет произойти только в результате втекания или вытекания заряда через замкнутую поверхностьS, ограничивающую объем.

6.3 Э. Д. С.

Если в цепи на носителе тока действуют только силы электростатического поля, то происходит перемещение носителей от точек с большим потенциалом к точкам с меньшим потенциалом. Это приведет к выравниванию потенциалов во всех точках цепи и исчезновению электрического поля. Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называютсяисточниками тока.Силы неэлектростатического происхождения, действующие на заряд со стороны источника тока, называютсторонними.Эти силы направлены против сил электростатического поля. Эти силы могут быть обусловлены химическими процессами, перенесенными электрическими и магнитными полями, и т.д.

Сторонние силы совершают работу по перемещению электрических зарядов. Физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС).

Измеряется в вольтах, [В].

Сторонняя сила: ,

- напряженность поля сторонних сил.

Работа сторонних сил:

,

Рассмотрим участок 1 – 2:

На заряд qпомимо сторонних сил действуют кулоновские силы.

Тогда работа Кулоновских сил:

Величина работы результирующего поля равна:

Величина численно равна работе, совершаемой электростатическими и сторонними силами при перенесении единичного положительного заряда, называется падением напряженияна данном участке цепи:

U₁₂ = ₁ - ₂ + ₁₂

 = 0

U = ₁ - ₂