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.
