Постоянный электрический ток Сила тока, плотность тока. Закон Ома для проводника. Сопротивление проводника

Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц, в процессе которого происходит перенос электрического заряда.

Основной количественной характеристикой электрического тока является сила тока. Сила тока в проводнике численно равна величине заряда, переносимого через полное сечение проводника в единицу времени: , . Сила тока в системе СИ измеряется в амперах. Это скалярная характеристика. Сила тока может быть как положительной, так и отрицательной. Если направление тока совпадает с условно принятым положительным направлением вдоль проводника, то сила такого тока I > 0. В противном случае сила тока отрицательна. Часто за положительное направление вдоль проводника принимается направление, в котором перемещаются (или перемещались бы) положительные носители заряда.

Второй важной характеристикой электрического тока является плотность тока.

Разделив силу тока на площадь сечения D S, получим заряд, который протекает за единицу времени через поверхность единичной площади. Это и есть плотность тока: , .

Поскольку скорость направленного движения заряженных частиц — векторная величина, это выражение записывают в векторном виде: .

Уменьшая площадку S, приходим к локальной характеристике электрического тока — к плотности тока в точке:

Немецкий физик Георг Ом в 1826 году экспериментально установил, что сила тока, протекающего по металлическому проводнику прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) на концах проводника: I = L × (j₁ – j₂) = L U.

Коэффициент пропорциональности, связывающий силу тока в проводник и напряжение — L, называется электрической проводимостью. Величина, обратная проводимости — электрическое сопротивление проводника . Сопротивление зависит от материала проводника, его формы, размеров и состояния. Например, сопротивление цилиндрического проводника (проволоки): .

Здесь: r — удельное сопротивление вещества, из которого сделан проводник; l и S — длина и площадь поперечного сечения проводника.

Сопротивление измеряется в омах. 1 Ом — это сопротивление такого проводника, в котором течёт ток I = 1 А при напряжении U = 1 В: .

Рассмотренный закон пропорциональности тока в проводнике и напряжения: называется законом Ома в интегральной форме. Он позволяет вычислить ток, текущий в цилиндрических проводниках. Учитывая этот результат, плотность тока запишем так: i = l E, или в векторном виде: . Уравнение . — математическая запись закона Ома в дифференциальной форме. В этом законе связываются две «локальные» характеристики тока: плотность тока в любой точке пространства и напряжённость электрического поля в той же точке. В соответствии с этим законом, плотность электрического тока прямо пропорциональна напряжённости поля в рассматриваемой точке пространства.

Дата добавления: 2015-04-24