Условия существования и характеристики постоянного электрического тока

 

Электрическим током называется любое упорядоченное движе-ние электрических зарядов. В проводнике под действием приложен-ного электрического поля свободные электрические заряды переме-щаются: положительные – по полю, отрицательные – против поля, т. е. в проводнике возникает электрический ток, называемый током проводимости. Свободными носителями электрических зарядов в ме-таллах являются электроны, в электролитах – положительные и отри-цательные ионы, в газах – электроны и положительные ионы, в полу-проводниках – электроны и дырки.

Для возникновения и существования электрического тока необхо-димо наличие:

а) свободных носителей заряда, способных перемещаться упоря-доченно;

б) электрического поля, энергия которого должна каким-то обра-зом восполняться.

 

Количественной характеристикой электрического тока являетсясила тока. Сила тока – это скалярная физическая величина I, опреде-ляемая электрическим зарядом dq, проходящим через поперечное се-чение проводника S в единицу времени dt:

I	dq .	(5.1.1)
	dt

Если сила тока и его направление не изменяются во времени, то ток называется постоянным, или стационарным. Сила постоян-ного тока

I	q .	(5.1.2)
	t

Сила постоянного тока во всех сечениях проводника одинакова. Единица силы тока – ампер (1 А = 1 Кл/с).

 

Электрический ток может быть распределен по поверхности, че-рез которую он течет, неравномерно. Для характеристики направле-ния электрического тока в разных точках рассматриваемой поверхно-сти и распределения силы тока по этой поверхности служит вектор

 

плотности тока j. Сила тока сквозь произвольную поверхность оп-ределяется как поток вектора плотности тока:

IjdS.	(5.1.3)
S

 

Вектор плотности тока –это физическая величина,численноравная силе тока dI, проходящей через единицу площади dS попереч-ного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока:

 

j		dI	,			(5.1.4)
	dS
где dS = dS cos.
Тогда dI jdS cos j dS j ndS,	где n – единичный вектор,
n					– проекция вектора		на на-
нормальный к площадке dS; jn = j cos	j
правление нормали n.
Для постоянного тока, текущего перпендикулярно сечению про-
водника,
j		I	.			(5.1.5)
			S

Плотность постоянного тока одинакова по всему поперечному се-чению S однородного проводника.

Вектор плотности электрического тока совпадает по направлению с движением положительно заряженных частиц. Плотность тока изме-ряется в амперах на квадратный метр (1 А/м²).

 

Выразим силу и плотность тока через среднюю скорость упоря-доченного движения свободных носителей заряда в проводнике. Пусть за время dt через поперечное сечение проводника переносится заряд dq = ne u Sdt. Следовательно, сила тока

 

I	dq		ne u Sdt	I ne u S,	(5.1.6)
dt	dt

где n – концентрация свободных носителей заряда; e – элементарный заряд; < u > – средняя скорость носителей заряда.

 

Для плотности тока

 

	I
j		ne u		j ne u.	(5.1.7)
S

Таким образом, плотность тока пропорциональна средней скоро-сти носителей заряда.