1.2. Электрический ток. Плотность тока. Электрическое напряжение

Направленное движение свободных заряженных частиц в проводнике под действием электрического поля называется электрическим током. Электриче­ский ток является скалярной величиной, которая равна пределу отношению за­ряда к промежутку времени, когда последний стремится к нулю:

Электрический ток, неизменный по направлению и величине, называется постоянным током.

В проводниках первого рода (металлы) ток образуется свободными электро­нами, поэтому электропроводность их называется электронной. В про­водниках второго рода (расплавленные соли, растворы кислот, щелочей, солей) носителями тока, заряженными частицами, являютсяионы.

Значение постоянного тока определяется количеством электричества или зарядом Q, проходящим через поперечное сечение проводника в 1с:

Размерность тока – ампер (А). 1А– неизменный ток, который, проходя по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого круг­лого сечения, расположенным на расстоянии 1м один от другого в вакууме, вы­звал бы между этими проводниками силу, равнуюНна каждый метр длины.

Положительным направлением электрического тока принято условно счи­тать направление движения положительных зарядов от плюса источника элек­трической энергии к минусу. На схеме оно совпадает с направлением ЭДС и ука­зывается стрелкой.

Условиями возникновения электрического тока являются:

1) наличие источника, поддерживающего разность потенциалов между носи­телями зарядов;

2) замкнутость пути, по которому перемещаются заряды.

Количественно ток определяется по показаниям электроизмерительных при­боров – амперметров, где используются тепловое, магнитное и химическое действие тока.

Чтобы судить о степени загруженности проводов электрическим током, вво­дится понятие плотность тока.

Плотность тока δ есть векторная величина, равная пределу отношения тока сквозь элемент поверхности, перпендикулярной направлению движения заряжен­ных частиц к этому элементу, когда последний стремится к нулю:

.

Допускаемая плотность тока, например, в проводах обмоток электрических машин равна 3...7 А/мм².

Если ток равномерно распределен по сечению проводника, то плотность тока

.

Электрическим напряжениемназывается скалярная величина, равная ли­нейному интегралу напряженности электрического поля. Для электрического поля постоянного тока

, (1.1)

где –напряженность электрического поля; и–потенциалы однородного электрического поля в поперечных сечениях a и b участка проводника.

Размерность напряжения – вольт (В). 1 В – это напряжение между концами проводника, в котором при перемещении положительного заряда 1 кулон (Кл) со­вершается работа в 1 джоуль (Дж).

При расчетах электрических цепей положительные направления токов в элементах цепи в общем случае заранее неизвестны. Поэтому одно из двух воз­можных направлений принимается за положительное и указывается на схеме стрелкой. Это направление выбирают произвольно. Условное положительное направление напряжения на схеме электрической цепи также выбирается произ­вольно и указывается стрелкой. Между зажимами потребителей электрической энергии положительные направления тока и напряжения, как правило, выбира­ются одинаковыми.

На рис. 1.5 а показаны обозначения условных положительных направлений на примере простейшей цепи постоянного тока.

Иногда условные положительные направления напряжения указывают двой­ными индексами . Каждый индекс соответствует точке, обозначенной на схеме. Условное положительное направление напряжения принято от точкиа с первым индексом к точкев со вторым индексом:

.

Так как условные положительные направления тока и напряжения совпа­дают, на схеме достаточно указать только направления токов (рис. 1.5 б). Если на схеме не указывается источник, то между его выходными зажимами обязательно указывается напряжение (рис. 1.5 б). Если в результате расчета электрической цепи ток в элементе электрической цепи получился отрицательным, это озна­чает, что действительное направление тока противоположно принятому направлению.