Лекция №11. Законы постоянного тока.

I. Ток.Плотность тока.

Электрическим током называется направленное движение электрических зарядов. Токи, в зависимости от характера движения электрических зарядов, подразделяются на виды:

	а) конвекционный ток – ток при котором заряды перемещаются вместе с макроскопическими телами, на которых они находятся (проводники и диэлектрики);
	б) ток проводимости –движение свободных электрических зарядов внутри проводника под действием внешнего поля (проводники);
	в) ток в вакууме – электрические заряды движутся в пустоте, независимо от макроскопических тел.

В этой лекции будем рассматривать только ток проводимости. Введем некоторые понятия:

1. Электрический ток измеряется величиной токаилисилой тока(I,i).

Величина тока iчисленно равна зарядуdQ, проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времениdt.

– выражение для мгновенного значения тока.

Если ток постоянен, то выражение для постоянного тока.

СИ:

2. Электрический ток вызывается движением как положительных, так и отрицательных зарядов. В связи с этим понятие о направлении электрического тока является условным. Исторически сложилось за направление электрического тока считать направление движения положительных зарядов, или, что то же самое, направление, обратное движению отрицательных зарядов.

Если движутся одновременно заряды обоих знаков, то общий ток равен:

3. Ток характеризуется плотностью тока.

Плотность jопределяется током, приходящимся на единицу сечения проводника.

Плотность тока – величина векторная , направление совпадает с направлением движения положительных зарядов.

4. Токи в зависимости от их величины и направленности движения делятся на:

а) постоянный ток– величина и направление с течением времени не меняются;

б) переменный ток;

в) пульсирующий ток – меняется по величине в течение времени;

г) квазистационарный ток– медленно меняющиеся токи в цепях ограниченной протяженности (пример: промышленные токи в линиях передач с частотой 50 Гц).

5. Направленное движение зарядов в проводнике непосредственно не поддается наблюдению. Однако электрический ток вызывает различные явления (действия тока), по которым можно судить о его наличии в проводнике, а по интенсивности их проявления судить о величине тока. Наиболее важные действия тока:

a) магнитное (Эрстед, 1820 год)
б) химическое	проводники первого класса проводники второго класса		нет химических явлений, металлы, полупроводники
			есть химические явления, электролиты
в) тепловое (световое)

II. Закон Ома для участка цепи.

Чтобы в проводнике шел постоянный ток I, необходимо внутри проводника поддерживать электрическое поле Е.

Напряженность Е выражается через градиент потенциала: U= φ1– φ2–падение потенциалана участке 1-2, называетсянапряжением, приложенным к проводнику.

В 1826 году немецкий ученый Ом экспериментально установил прямую пропорциональность межу током и напряжением U:

I ~ U

Вводя коэффициент пропорциональности , называемыйэлектрическая проводимость(– электрическое сопротивление), получим:

Закон Ома в интегральной форме.

Ток, идущий в проводнике, численно равен отношению приложенного напряжения к сопротивлению проводника.

Закон Ома можно выразить и через плотность тока j, введя величинуудельной проводимости(электропроводности):

,

где – удельное сопротивление.

Тогда:

Закон Ома в дифференциальной форме.

или

Вывод: j = γ·E

Если закон Ома в интегральной форме показывает, что ток в любых сечениях любого по виду проводника одинаков, то закон Ома в дифференциальной форме показывает, что хотя ток и постоянен, его плотность в различных сечениях различна, а, следовательно, поле и вектор меняют свою величину и направление в проводнике от точки к точке.