Электрический ток

Электрическое поле создаёт направленное (упорядоченное) движение электрических зарядов (заряженных частиц)– электрический ток. Положительные заряды движутся в направлении линий поля (отрицательные – наоборот).

Ток в некоторой точке электрического поля характеризуется своей плотностью (Ам²).

Существуют три вида тока:

• ток проводимости;

• ток переноса;

• ток электрического смещения.

1.Ток проводимости существует в проводящих телах и средах (металлах и электролитах). Электрический ток проводимости обусловлен направленным движением свободных носителей в веществе под действием электрического поля. В зависимости от состава свободных носителей существует три вида проводимостей: электронная, ионная и дырочная. В металлах ток проводимости обусловлен упорядоченным движением свободных электронов, в жидкостях – движением ионов.

Ток проводимости характеризуется вектором плотности электрического тока - количеством заряда, прошедшим в единицу времени через данную точку поверхности (характеризует упорядоченное движение зарядов в каждой точке поверхности). Вектор плотности электрического тока – векторная величина: вектор плотности тока совпадает с направлением касательной к линиям тока.

Плотность тока проводимости подчиняется закону Ома в дифференциальной форме:

, А/м²,

где - удельная электрическая проводимость вещества (проводящего тела), 1/Омм = Смм.

Количественной мерой электрического тока проводимости принято считать количество зарядов, проходящих в единицу времени сквозь поверхность (поток вектора плотности тока проводимости через поверхность). Её называют величиной тока, силой тока или просто током:

.

Величина тока есть скалярная величина, равная потоку вектора плотности тока сквозь поверхность, в которой мы рассматриваем величину тока.

2.Ток электрического смещения имеет место в диэлектриках. В практике электрический ток смещения встречается в конденсаторах (в самом диэлектрике конденсатора). При поляризации диэлектрика заряды в диэлектрике смещаются. Ток смещения – это направленное движение зарядов в диэлектрике под действием сил электрического поля в процессе поляризации. Плотность тока смещения для линейного и изотропного диэлектрика:

. В вакууме:.

Если электрическое поле стационарное, то плотность тока смещения равна нулю.

3.Ток переноса (конвективный) обусловлен упорядоченным движением носителей электрических зарядов в свободном пространстве (в электронных лампах, в газах). Если в какой-либо части пространства перемещается заряд с объёмной плотностью зарядов (Клм³) и скоростью

движения зарядов , то плотность тока переноса определится:

.

В общем случае: .

Резистивный элемент

Резистор представляет собой, например, проводящий однородный цилиндр длинойи поперечным сечениемS.

Электрич. поле, характеризуемое вектором напряжённости , создаёт направленное движение электрических зарядов – электрический токi.

Проводящие свойства материала характеризуются удельной электрической проводимостью , зависящей от физических свойств проводящего материала и температуры, измеряется в Ом^-1м^-1= Смм^-1.

Работа сил поля по перемещению единичного положительного заряда между точками потенциального электрического поля есть напряжение. Напряжение между точками 1 и 2 определится:

.

Основной величиной в электрическом поле проводящей среды является вектор плотности тока проводимости . Это векторная величина, направленная по напряженности электрического поля.

Плотность тока в проводящем цилиндре подчиняется закону Ома в дифференциальной форме:

или.

Плотность тока проводимости численно равна отношению тока , протекающего через элемент поверхностиS(перпендикулярный направлению напряжённости поля в данной точке), к величине этой поверхностиS. Ток в проводящем цилиндре определится (поток вектора плотности тока сквозь поверхность):

.

Если ток равномерно распределён по сечению, а вектор одинаков по длине цилиндра, то сопротивление элемента определится: