Лекция 12 понятие об элекрическом токе

12.1. Понятие об электрическом токе

Ранее был изучен раздел "Электростатика", а теперь переходим к изучению нового раздела "Электродинамика".

Электродинамика - это раздел физики, который изучает явления и процессы, обусловленные движением электрических зарядов.

Всякое упорядоченное движение электрических зарядов называется электрическим током. Различают ток проводимости и ток смещения. Ток проводимости создается за счет упорядоченного движения тел, носителей тока. Носителями тока могут быть свободные электроны в металле, ионы в электролитах или газах. Ток смещения - это переменное во времени электрическое поле.

Перемещение зарядов в проводнике происходит под действием силы

, (12.1.1)

где - напряженность электрического поля;

- заряд носителя тока.

Таким образом, электрический ток возможен тогда, когда т.е. напряженность электрического поля внутри заряженного проводника (тела) не равна нулю. Так как при наличии тока напряженность электрического поля внутри проводника не равна нулю не равно 0, то приращение потенциала тоже не равно нулю. Значит, необходимыми условиями существования электрического тока в проводнике являются:

1) наличие переносчиков заряда, которые могут перемещаться в пределах всего тела;

2) наличие разности потенциалов.

Если в проводнике имеются свободные заряды и разность потенциалов, то ток в проводнике существует до тех пор, пока разность потенциалов различных точек проводника не станет равна нулю.

12.2. Сила и плотность тока

Для количественной характеристики электрического тока вводится понятие силы тока. Силой тока называется скалярная физическая величина, численно равная электрическому заряду, проходящему через поперечное сечение проводника, за единицу времени.

Если за время через поверхность переносится заряд , то согласно определению получим силу тока

. (12.2.1)

Электрический ток может быть обусловлен движением как положительных, так и отрицательных носителей заряда. Перенос отрицательного заряда в одном направлении эквивалентен переносу такого же по величине положительного заряда в противоположном направлении. Если ток создается носителями обоих знаков, причем за время через данную поверхность положительные носители переносят заряд + в одном направлении, а отрицательные - заряд - в противоположном, то

.

За направление тока принимается направление, в котором перемещаются положительные заряды.

Для постоянного тока, когда направление и численное значение тока не изменяется со временем, выражение (12.2.1) можно записать так:

, (12.2.2)

где - заряд, переносимый через рассматриваемую поверхность за конечное время .

Основной единицей силы тока в СИ является ампер (А). Единица заряда кулон определяется как заряд, переносимый за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока в 1 А, поэтому 1 А = 1 Кл/с.

Электрический ток может быть распределен по поверхности, через которую он течет, неравномерно. Для характеристики распределения электрического тока по сечению проводника вводится вектор плотности тока . Вектор направлен по направлению вектора скорости упорядоченного движения положительных зарядов и численно равен сила токай , проходящей через расположенную в данной точке перпендикулярную к направлению движения носителей площадку , отнесенной к величине этой площадки.

.

Зная вектор плотности тока в каждой точке пространства, можно найти силу тока через любую поверхность:

. (12.2.3)

Из равенства (12.2.3) следует, что сила тока есть поток вектора плотности тока через поверхность.