Плотность тока

Сила тока.

Электрический ток.

Постоянный ток.

Различают токи проводимости и токи смещения. Токи проводимости связаны с направленным движением электрических зарядов. О токах смещения мы поговорим позднее. Проводимость металлов связана с направленным движением электронов, электролитов – с направленным движением ионов, полупроводников – электронов и «дырок». Электроны, ионы, «дырки» называют носителями тока. В отсутствии электрического поля носители тока совершают хаотическое движение и потому через любую поверхность в проводящей среде поток носителей будет равен нулю. При включении электрического поля на тепловое движение носителей накладывается упорядоченное движение со средней скоростью и через поверхность появляется поток носителей (ток).

Количественной мерой электрического тока является сила тока I. Силой тока называется заряд, переносимый сквозь поверхность в единицу времени:

.

Сила тока измеряется в амперах (А).

Плотность тока является локальной характеристикой электрического тока. Характеризуется вектором, направление которого совпадает со скоростью упорядоченного движения положительных носителей. Модуль вектора равен отношению силы тока через элементарную площадку, перпендикулярную скорости направленного движения носителей, к её площади:

.

В общем случае плотность тока равна:

,

где и - объемные плотности зарядов носителей, и - скорости их упорядоченного движения. Для металлов плотность тока равна:

,

где, – концентрация электронов, – величина элементарного заряда.

Вектор направлен по касательной к траектории упорядоченного движения носителей. Эти траектории называются линиями тока. Графически электрический ток, можно представить с помощью линий тока (см. рисунок), направление которых совпадает с направлением, а густота связана с модулем.

Зная можно найти силу тока через поверхность:

.

Сила тока является величиной скалярной и алгебраической, знак которой определяется выбором направления нормали к поверхности в каждой точке.

Найдём силу тока через замкнутую поверхность в проводящей среде:

.

Мы уже отмечали, что в замкнутых поверхностях принято вектор нормали брать наружу. Поэтому заряд, выходящий наружу из объема, ограниченного поверхностью, за единицу времени, должен быть равен убыли заряда в объеме за единицу времени:

,

как следствие закона сохранения электрического заряда.

Ток называется постоянным, если сила тока по величине и направлению не изменяется с течением времени.

Дата добавления: 2014-01-06