Электрический ток. Электрическим током называют всякое упорядоченное движение электрических зарядов

💸 Как сделать бизнес проще, а карман толще?

Тот, кто работает в сфере услуг, знает — без ведения записи клиентов никуда. Мало того, что нужно видеть свое раписание, но и напоминать клиентам о визитах тоже. Проблема в том, что средняя цена по рынку за такой сервис — 800 руб/мес или почти 15 000 руб за год. И это минимальный функционал. Нашли самый бюджетный и оптимальный вариант: сервис VisitTime.
⚡️ Для новых пользователей первый месяц бесплатно. А далее 290 руб/мес, это в 3 раза дешевле аналогов. За эту цену доступен весь функционал: напоминание о визитах, чаевые, предоплаты, общение с клиентами, переносы записей и так далее.
✅ Уйма гибких настроек, которые помогут вам зарабатывать больше и забыть про чувство «что-то мне нужно было сделать».
Сомневаетесь? нажмите на текст, запустите чат-бота и убедитесь во всем сами!

Электрическим током называют всякое упорядоченное движение электрических зарядов. При отсутствии электрического поля носители тока совершают хаотическое (тепловое) движение в проводящей среде. При включении же электрического поля свободные электрические заряды перемещаются: ² положительные² - по полю, ² отрицательные² - против поля, т.е. в проводнике возникает электрический ток, называемый током проводимости. Если же упорядоченное движение электрических зарядов осуществляется перемещением в пространстве заряженного макроскопического тела, то возникает так называемый конвекционный ток. Носители тока в металлах – электроны, в электролитах – ионы, в газах – ионы и электроны. За направление тока условились считать направление движения положительно заряженных частиц. Поэтому направление тока в металлах противоположно направлению движения электронов. Для возникновения и существования электрического тока необходимо, с одной стороны, наличие свободных носителей тока - заряженных частиц, способных перемещаться упорядоченно, а с другой - наличие электрического поля, энергия которого, каким-либо образом восполняясь, расходуется на их упорядоченное движение.

Для количественной характеристики электрического тока служат две основные величины: сила тока и плотность тока.

Сила тока I- скалярная физическая величина, равная электрическому заряду, проходящему через поперечное сечение проводника в единицу времени:

Единицей силы тока служит ампер (А). При токе в 1 А через полное сечение проводника проходит заряд в 1 Кл за время 1 с.

Электрический ток может быть обусловлен движением как положительных, так и отрицательных носителей. 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 dt через данную поверхность положительные носители переносят заряд dq₊ в одном направлении, а отрицательные – заряд dq_- в противоположном направлении, то

Таким образом, сила тока I в таком проводнике складывается из сил тока, создаваемых положительными и отрицательными зарядами: I = I₊ + I_-.

Следует отметить, что электрическое поле, вызывающее в проводнике постоянный ток, по своим свойствам отличается от электростатического поля:

- это поле существует как внутри проводника, так и вне его, тогда как электростатическое поле, создаваемое неподвижными зарядами на проводнике, существует только вне проводника, а внутри проводника отсутствует;

- потенциалы разных точек проводника с током различны, тогда как потенциалы всех точек на поверхности проводника, находящегося в электростатическом поле, одинаковы;

- линии напряженности стационарного электрического поля внутри проводника с током параллельны его оси, а на поверхности проводника расположены наклонно к его поверхности, тогда как линии напряженности электростатического поля перпендикулярны поверхности проводника.

Физическая величина, определяемая силой тока dI через расположенную в данной точке перпендикулярную к направлению движения носителей тока площадку dS_^, отнесенной к величине этой площадки, называется плотностью тока:

Единица плотности тока есть ампер на квадратный метр (А/м²).

Рассмотрим сначала простейший случай, когда все носители тока одинаковы (например, электроны в металлах). Выделим мысленно в среде, по которой течет ток, произвольный бесконечно малый объем и обозначим через

средний вектор скорости рассматриваемых носителей в этом объеме. Его называют средней, дрейфовой или упорядоченной скоростью движения носителей тока. Обозначим далее через n концентрацию носителей тока, т.е. их число в единице объема. Проведем бесконечно малую площадку dS, перпендикулярную к скорости

. Построим на ней бесконечно короткий прямой цилиндр с высотой v dt, как указано на рисунке 20. Все частицы, заключенные внутри этого цилиндра, за время dt пройдут через площадку dS, перенеся через нее в направлении скорости

электрический заряд dq = n e v dSdt, где е – заряд одной частицы (например, электрона). Таким образом, через единицу площади за единицу времени переносится электрический заряд j = n e v. Вектор

называют вектором плотности электрического тока.

Скаляр j есть заряд, переносимый в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную к току. Направление вектора

совпадает с направлением упорядоченного движения положительных зарядов.

В случае нескольких типов зарядов, создающих ток, плотность тока определяется выражением

где суммирование ведется по всем типам носителей тока (

означают концентрацию, заряд и упорядоченную скорость i-го носителя).

Зная вектор плотности тока в каждой точке интересующей нас поверхности S, можно найти и силу тока через эту поверхность как поток вектора

где

(

- единичный вектор нормали к площадке dS), j_n – проекция вектора плотности тока

на направление нормали

Сила тока I является величиной скалярной и алгебраической. Ее знак, как видно из формулы (16.6), определяется, кроме всего прочего, выбором направления нормали в каждой точке поверхности S, т.е. выбором направления векторов

. Последняя формула остается верной и в том случае, когда площадка dS не перпендикулярна к вектору

. Чтобы убедиться в этом, достаточно заметить, что составляющая вектора

, перпендикулярная к вектору

, через площадку dS электричества не переносит.