1. Характеристики електричного струму

Електричним струмом називають упорядкований рух заряджених частинок. Частинки, рух яких створює електричний струм, називаються носіями струму. Носіями струму можуть бути будь-які заряджені частинки. У твердих провідниках це електрони, а в провідних рідинах  іони. У газах^[1]  струм створюється електронами та іонами. Струм може протікати і у вакуумі, але для цього там треба створити носії струму, наприклад, за допомогою явища термоелектронної емісії. В цьому розділі розглядається тільки струм в металевих провідниках, в яких протікання струму не супроводжується хімічними процесами^[2].

Електричний струм є напрямленим процесом. За напрям електричного струму приймають напрямок руху позитивних зарядів (рис.15.1). Якщо носіями струму є негативні заряди, то струм напрямлений протилежно напрямку їх руху.

К ількісною характеристикою струму є сила струму  це відношення заряду, що проходить по провіднику, до часу його проходження. У загальному випадку

(15.1)

де dq   заряд, dt  час його проходження.

Якщо за довільно обрані однакові проміжки часу по провіднику проходить однаковий за величиною заряд, струм називають постійним, інакше  таким, що змінюється. Для постійного струму сила струму

(15.2)

де q  заряд, що проходить по провіднику за час . Одиницею сили струму є ампер (А) - одна з основних одиниць СІ. Ампер визначається на основі магнітної взаємодії струмів^[3].

Розподіл струму по перерізу провідника може бути неоднорідним і його характеризують вектором  густини струму .  Модуль цього вектора чисельно дорівнює силі струму , що протікає крізь маленьку площадку , яка розташована у даному місці перпендикулярно до напряму руху зарядів, віднесеній до площі цієї площадки:

(15.3)

Якщо струм  I  рівномірно розподілений по площі перерізу провідника S, то

(15.3а)

Одиницею густини струму є ампер, ділений на квадратний метр (А/м²). На практиці часто використовують А/мм²: 1 А/мм² = 10⁶ А/м².

За відомою густиною струму сила струму в провіднику визначається як

(15.4)

Якщо скористатися вектором густини струму ,  то силу струму можна визначити як потік вектора :

(15.4a)

Звідси ясно, що сила струму є величиною скалярною і алгебраїчною. Її знак визначається обранням напряму нормалі до поверхні, крізь яку цей струм тече.

^[1] Гази самі по собі не є провідниками, але набувають здатності проводити струм при іонізації.

^[2] На відміну від металів, проходження струму через електроліти супроводжується виділенням іонів на електродах, тобто електролізом.

^[3] Точне означення ампера дається  у розділі «Електромагнетизм».