Глава 16. Постоянный ток закон ома

16.1. Электрический ток

Электрическим током называется направленное движение зарядов. Исторически сложилось, что током в проводниках считается движение положительных зарядов, направление движения которых противоположно направлению движения электронов (рис. 16.1).

Рис. 16.1.

Электрический ток возникает при выполнении условий:

1. Наличие электрического поля.

2. Присутствие носителей зарядов.

Типы электрических токов:

1. Ток проводимости возникает в проводнике под действием электрического поля, носителями зарядов являются электроны.

1. Ток в вакууме возможен под действием электрического поля, носителями зарядов являются электроны или ионы.

2. Ток в жидкости появляется под действием электрического поля, носителями зарядов являются положительные и отрицательные ионы.

3. Ток в газе возникает при ионизации газа, т.е. при появлении положительных и отрицательных ионов, движущихся в электрическом поле.

При переносе заряженных тел в пространстве возникает ток, называемый конвекционным.

Постоянный ток определяется как количество заряда, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени:

(16.1)

Сила тока измеряется в Амперах: [I] = А.

Если величина заряда, протекающего за время t, изменяется, то вводят мгновенное значение силы тока:

(16.2)

Плотность тока j определяется как произведение плотности заряда на его скорость v:

(16.3)

Размерность плотности тока: [j] = А/м³. Вектор плотности тока j характеризует распределение электрического тока по сечению проводника S. Он направлен в сторону движения положительных зарядов и определяется следующим соотношением

(16.4)

Отсюда полный ток через сечение проводника

(16.5)

Среднюю плотность можно найти, если известен ток, протекающий через площадку S, перпендикулярную к направлению тока:

(16.6)

16.2. Разность потенциалов, напряжение и электродвижущая сила

Рассмотрим простейшую электрическую цепь, состоящую из источника тока и потребителя с сопротивлением R (рис. 16.2).

Рис. 16.2.

Однородным (пассивным) называется участок цепи АВ, на котором отсутствует источник тока. Напряжение на однородном участке равно разности потенциалов в точках А и В:

(16.7)

Неоднородным участком цепи (активным) называется участок АС, на котором имеется источник тока. При движении тока на участке АВ (рис. 16.2) потенциал падает . На участке ВС - потенциал возрастает или убывает если изменить на обратный знак полюса источника тока.

Внутри источника тока имеются сторонние силы, под действием которых электроны движутся в направлении, противоположном тому, в котором их заставляет двигаться электрическое поле. Сторонними называются силы неэлектрической природы: механические, магнитные, химические и др. Источник тока характеризуется электродвижущей силой  (ЭДС), измеряемой в Вольтах. Электродвижущей силой называется величина, равная работе сторонних сил над единичным положительным зарядом:

(16.8)

Напряжение на неоднородном участке (участок АС на рис. 16.2) запишем в виде

В общем случае источник тока может быть включен так, что потенциал возрастает или убывает, поэтому напряжение на неоднородном участке равно

(16.9)

Поскольку при замыкании цепи то из (16.9) находим, что напряжение в замкнутой электрической цепи равно Э.Д.С. источника тока:

(16.10)

При разомкнутой внешней цепи ЭДС источника тока равна разности потенциалов между его зажимами этого источника тока. Изменение потенциала в электрической цепи можно представить графически (рис. 16.3).

Р

194

ис. 16.3.