Вопрос 2.1. Электрический ток. Сила и плотность тока.

Проводники характеризуются наличием свободных зарядов. При отсутствии Эл. поля свободные заряды хаотично перемещаются во всех направлениях, поэтому результирующий перенос электричества в каком-то направлении отсутствует. Если под внешним воздействием между концами проводника создается разность потенциалов т.е. в проводнике создается Эл. поле, то свободные заряды начинают направленно перемещаться, положительные по полю, отрицательные против поля.

Направленное движение заряженных частиц называется электрическим током, если ток происходит за счет Эл. поля, то он называется током проводимости.

В металлах свободными зарядами являются валентные электроны(отрицательные в электролитах и плазме) свободными зарядами являются электроны, отрицательные положительные ионы. Количественной характеристикой электрического тока является сила тока: - это количество зарядов, которые проходят через проводник за единицу времени. Единица измерения силы тока [I]=A (ампер) – это основная единица системы Си, она выводится из рассмотрения магнитного взаимодействия параллельных токов, все другие единицы электрических величин выражаются через ампер.

За положительное направление электрического тока принято направление движения положительных зарядов. Если величина и направление тока с течением времени не меняется, то ток называется постоянным. Распределение тока по поперечному сечению проводника характеризуется плотностью тока: - это количество электричества, которое проходит через единицу площади поперечного сечения за единицу времени. Здесь dI – сила тока через элементарное сечение проводника dS: dI=jdS. Общая сила тока: , если плотность тока по сечению не меняется j=const, то или . Единицы измерения .

Плотность тока считают векторной величиной направленной по направлению движения положительных зарядов. Пусть - концентрация свободных зарядов, количество заряда в объеме проводника: n+; n- - концентрация положительных и отрицательных зарядов соответственно. n=n₊+n_- - общая концентрация всех свободных зарядов. Обычно заряды свободных зарядов равняются элементарному заряду (+e;-e), поэтому dq₊=en₊dV – это общий заряд положительных свободных зарядов в объеме dV. dq=-e₊dV – общий заряд отрицательных свободных зарядов.

Пусть - средняя скорость направленного движения свободных зарядов, возьмем объем проводника длинной , тогда за единицу времени все положительно-свободные заряды находятся в этом объеме пройдут через сечение S₂, а все отрицательные заряды через S₁. Поэтому сила тока будет равняться: . Таким образом или

Вопрос 2.2. Сторонние силы. Эдс и напряжение.

Чтобы осуществить направленное движение зарядов на концах проводника необходимо поддерживать разность потенциалов. Устройство предназначенное для этой цели называется источником тока.

Внутри источника происходит непрерывное разделение зарядов противоположного знака и их перенос к соответствующим полюсам источника: положительный к положительному полюсу (электроду), отрицательный к отрицательному. Таким образом внутри источника заряды движутся в противоположном направлении, чем направление, в котором бы они двигались бы под воздействием Эл. поля. Для разделения зарядов пригодны только силы неэлектрического происхождения механические, магнитные и электрохимические, поэтому эти силы называются сторонними силами.

Напряженность поля сторонних сил (E_ст) внутри источника направлена противоположно напряжению Эл. поля. Сторонние силы совершают работу по перемещению зарядов как внутри источника так и во внешней цепи. -работа сторонних сил заряда q₀ вдоль замкнутой цепи L. Работа по перемещению единичного положительного точечного заряда сторонними силами вдоль замкнутой цепи называют электродвижущей силой. -ЭДС.

; .

На участке цепи, где имеется источник тока, работа по перемещению зарядов осуществляется как сторонними так и электрическими силами. .

Работа по перемещению единичного, положительного точечного заряда между двумя точками цепи, как сторонними так и электрическими силами называется напряжением -напряжение.

; Но ; ; .

Если на участке отсутствует источник тока напряжение совпадает с разностью потенциалов. Напряжение равняется ЭДС источника для разомкнутой цепи.