10.Электрический ток, сила и плотность тока.

Эл. ток это направленное движение заряженных частиц. Носители заряда в металлах электроны, в полупроводниках – электроны и дырки, в электролитах и газах – положительно и отрицательно заряженные ионы.

Для того чтобы возник ток надо:

1) свободные носители зарядов.

2) Разность потенциалов (эл. поле) которое поддерживается внешним источником.

В отсутствии тока – свободные носители зарядов участвуют в тепловом хаотическом движении со средней скоростью . Если проводник поместить в эл. поле то электроны получают дополнительную скорость. Количественной мерой тока является сила тока.

Сила – тока это заряд прошедши через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Плотность это заряд прошедший за единицу времени через единичную площадку поставленнуютоку.

,,.

сила тока = потоку плотности тока. - направлен вдоль направления тока. Заряд который переносится в единицу времени в одну сторону эквивалентен отрицательному заряду переносимому в другую сторону.

За направление тока принимают движение положительно заряженной частицы.

- выразим через характеристики движения заряженной частицы.

(рис. 38) ,

- заряд который проходит через площадку за время.

(число частиц прошедших за времячерез площадку)

;.-концентрация.

;.

Уравнение непрерывности.

Поверхность охватываетвнутри проводникапоток плотности тока – эта величина согласно закону сохранения заряда должна быть равна убыли заряда внутри поверхности..

Если заряд распределен с объемной плотностью , то;;

- уравнение непрерывности – отражает закон сохранения зарядов.

Пусть заряд распределен с некоторой средней объемной плотностью , тогда,. Разделим обе части наипри этом, а;, если токи стационарны, т.е не изменяются со временем, то

Сторонние силы и электродвижущая сила.

Если проводник поместить в эл. поле то свободные заряды будут перемещаться от точек с большим потенциалом к точкам с меньшим. В результате потенциалы выравниваются и ток прекращается. Для того чтобы ток не прекратился используют устройства (источники токов) которые поддерживают разность потенциалов за счет сил не электростатического происхождения. Силы не электростатического происхождения – сторонние силы.

. Сторонние силы действуют на заряд только внутри источника. Вне источника действуют только силы электростатического поля.

Поскольку , то заряд внутри источника перемещается против эл. статического поля и на выходах источника поддерживается постоянная разность потенциалов.

Напряженность поля сторонних сил.

Напряженность поля сторонних сил – это сторонняя сила действующая на единичный пробный заряд со стороны сторонних сил.

Работа сторонних сил . Работа на участке цепи 1,2 в поле сторонних сил . Если цепь замкнута то работаравна циркуляции вектора напряженности в поле сторонних сил умноженного на пробный заряд. Работа только внутри источника.

Э.Д.С – работа в поле сторонних сил по перемещению единичного пробного заряда. ;;.

Если в цепи есть источник в котором действуют сторонние силы и есть эл. статическое поле то полная работа по перемещению заряда в поле сторонних сил эл. стат. поля .

Напряжение равно работе по перемещению заряда в поле сторонних сил и эл. стат. поле. ;;.

Если на участке цепи нет источника тока то это однородный участок цепи и . Если есть э.д.с источник то это не однородный участок.

Закон Ома для однородного участка цепи.

Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна разности потенциалов и обратно сопротивлению. .зависит от длины проводника и площади поперечного сечения.,- удельное сопротивление.

Рассмотрим цилиндр внутри проводника. Ось цилиндра совпадает с направлением плотности тока, тогда ;;.

подставим: ;;- удельная проводимость.

- дифференциальная форма закона Ома.

- для положительных зарядов.для отрицательных.

Закон Ома для неоднородных участков цепи.

На неоднородном участке цепи на носители зарядов действуют эл. статическое поле и поле сторонних сил. Скорость зарядов должна быть пропорциональна силе со стороны эл. статического поля и поля сторонних сил. ,- закон Ома для неоднородного участка цепи.

Для дифференциальной формулировки помножим обе части уравнения на .;;;;;;где- полное сопротивление цепи..

если оно способствует движению зарядов. если препятствует. Если участок, то; Если цепь замкнута, т.ето. Еслито получим ток короткого замыкания. Если цепь разомкнута, т.е ток не течет то,.

Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца.

Работа тока равна работе по перемещению точечного заряда в поле созданное эл. статическим полем и полем сторонних сил.;;;- мощность тока.

При прохождении тока по проводнику работа тока идет на нагревание проводника. - закон Джоуля-Ленца.

Для дифференциальной формы. ;;;;.

удельное кол-во теплоты выделившееся в единицу объема за единицу времени. Через закон Ома: вывелизакон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.