Том-1_РУ
.pdf
|
Электростатика и постоянный ток |
|
i dq . |
(43.1) |
|
dt |
|
|
[i] = А (ампер*).
За направление тока принимается направление перемещения положительных зарядов. Если сила тока и его направление не изменяются, то ток называется постоянным. Для постоянного тока
I q . |
(43.2) |
t |
|
Другой характеристикой тока является плотность тока.
Плотность тока ( j ) – векторная физическая величина, численно
равная электрическому заряду, переносимому за единицу времени через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению движения носителей тока.
j |
dq |
|
|
|
di |
; |
(43.3) |
|
dtdS |
|
|||||||
|
|
|
|
|
dS |
|
||
Для постоянного тока |
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
j |
|
, |
|
(43.4) |
|||
|
|
S |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
где S – площадь поперечного сечения проводника. [ j] мА2 .
За направление вектора плотности тока принимается направление движения положительных носителей тока.
|
j j v , |
(43.5) |
где v |
v |
|
– скорость движения положительных частиц. |
|
|
|
Если ток создается носителями обоих знаков, то |
|
|
j e n v e n v , |
(43.6) |
где n+ и n– – концентрации положительных и отрицательных носителей заряда; v и v – их средние скорости.
В скалярном виде:
j e n v e n v . |
(43.7) |
________________________________________________________________________________________________________________________
*Ампер Андре Мари (1775–1836), французский физик, математик и химик.
151
Электростатика и постоянный ток
Зная вектор плотности тока в каждой точке пространства, можно найти силу тока через произвольное сечение S:
i j dS . |
(43.8) |
S |
|
§44 Электродвижущая сила. Напряжение
Для возникновения и поддержания в проводниках тока проводимости на заряженные частицы должны действовать силы, обеспечивающие их упорядоченное перемещение в течение конечного промежутка времени. Внутри проводника, по которому протекает постоянный электрический ток, на заряд действуют следующие силы:
1.Электростатические (кулоновские) силы, под действием которых положительные заряды движутся вдоль поля, отрицательные – против. Поле этих сил называют кулоновским, напряженность поля обозначают Eкул .
2.Силы неэлектростатического происхождения. Их называют сторонними, а поле этих сил – полем сторонних сил. Напряженность этого поля
обозначают Eстор .
Необходимость сторонних сил объясняется следующим образом. Электростатическое поле, создаваемое в металлическом проводнике электронами и положительно заряженными ионами кристаллической решетки, приводит к такому распределению зарядов, при котором напряженность электрического поля внутри проводника равно нулю, а потенциалы всех точек проводника одинаковы (см. §41). Поэтому электростатическое поле не может быть причиной постоянного электрического тока в проводнике.
Чтобы поддерживать ток длительное время, нужно возбудить и поддерживать внутри проводника электрическое поле. Для этого в цепи должно работать устройство, в котором происходит разделение зарядов. Это устройство называют
источником тока.
Разделение зарядов внутри источника возможно лишь с помощью сил неэлектростатического происхождения, называемых сторонними. При этом сторонние силы должны совершать работу. Эта работа совершается за счет некоторого запаса механической, тепловой или химической энергии.
Работа по перемещению заряда по проводнику в процессе протекания по нему электрического тока совершается и кулоновскими, и сторонними силами. Полная работа по перемещению заряда
|
A Aкул Aстор. |
|
(44.1) |
||||
Разделим обе части на величину переносимого заряда q: |
|
||||||
|
A |
|
Aкул |
|
Aстор |
. |
(44.2) |
|
q |
q |
q |
||||
|
|
|
|
|
152