Электрический ток 3

Электрический ток. Сила тока. Условия существования тока в цепи.

Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение

заряженных частиц.

Электрический ток возникает при упорядоченном движении свободных

электронов, а металлах и полупроводниках или положительных и отрицательных

ионов в электролитах. В газах упорядоченно движутся ионы и электроны. За

направление тока принимают то направление, в котором упорядоченно движутся

положительно заряженные частицы. В металлах направление тока противоположно

направлению движения свободных электронов (отрицательно заряженных частиц).

О наличии электрического тока в проводнике можно судить по явлениям,

сопровождающим ток, т.е. по его действиям:

1) тепловому — проводник с током нагревается. Например, работа

электронагревательных приборов основана на этом действии тока. Но есть

вещества, у которых данный эффект отсутствует — сверхпроводники;

2) химическому — изменение химического состава проводника и разделение его

на составные части. Это действие наблюдается в электролитах и газах.

Например, из раствора медного купороса можно выделить чистую медь. Само

явление разложения вещества током называется электролизом;

3) магнитному — вокруг любого проводника с током существует магнитное поле,

действующее с некоторой силой на соседние токи или намагниченные тела.

Например, вблизи проводника с током магнитная стрелка ориентируется

определенным образом.

Магнитное действие тока проявляется всюду, независимо от свойств

проводника, и поэтому оно является основным действием электрического тока.

Количественной характеристикой электрического тока является сила тока I,

которая определяется количеством электричества q, протекающего через

поперечное сечение проводника за 1 с.

I=q/( t

Сила тока равна отношению заряда (q, переносимого через поперечное сечение

проводника за интервал времени (t, к этому интервалу времени. Электрический

ток, сила и направление которого не меняется с течением времени, называется

постоянным током. В СИ заряды (количество электричества) измеряются в

кулонах, а время в секундах, единицей силы тока является ампер (А).

Название единицы силы тока дано в честь французского физика Андре Ампера

(1775-1836). Единица тока определяется на основе магнитного взаимодействия

токов.

Распределение тока по сечению проводника характеризуется вектором плотности

тока i, модуль которого равен:

i=I/s

Плотность тока определяет ток, приходящийся на единицу площади

поперечного сечения проводника. Направление вектора плотности тока

совпадает с направлением тока.

Сила тока может быть как положительной, так и отрицательной. Если

направление тока совпадает с положительным направлением вдоль проводника,

то I > 0. Если ток направлен в противоположную сторону, то I< 0.

Сила тока в металлическом проводнике зависит от заряда, переносимого каждой

частицей, концентрации частиц, скорости их направленного движения и площади

поперечного сечения проводника:

I=q0*n* v*s

Рассмотрим участок проводника длиной ДL и площадью поперечного сечения S.

Положительное направление в проводнике cсовпадает с направлением движения

частиц и средней скоростью частиц v, заключенных в объеме, ограниченном

сечениями 1 и 2.

В данном объеме

V=(l*S

Содержится общее число частиц

Рис.1

N=n*v=n*(l*S,

где п =N/V — концентрация частиц (число частиц в единице

объема). Общий заряд всех частиц:

q=q0*V=q0*n*(l*S где q0 — заряд каждой частицы. За промежуток времени

(t=(l/v

все частицы данного объема пройдут через сечение 2. Сила тока в

проводнике:

I=q/(t=q0*n*(l*S/(t=q0*n*(l*S/(l/v=q0*n*v*S

Можно выразить скорость упорядоченного движения электронов в проводнике,

учитывая, что заряд электрона e=q0:

V=|I|/e*n*S

Обычно эта скорость мала. Под скоростью электрического тока понимают

скорость распространения вдоль проводника электрического поля, под

действием которого электроны (или другие носители тока) приходят в

упорядоченное движение.

Для возникновения и существования тока в веществе необходимо наличие

свободных носителей заряда и электрического поля, действующего на заряды с

некоторой силой, под действием которой заряженные частицы приходят в

упорядоченное движение.

Электродвижущая сила (ЭДС). Напряжение.

Постоянный электрический ток в цепи вызывается стационарным

электростатическим полем (кулоновским полем), которое должно поддерживаться

источником тока, создающим постоянную разность потенциалов на концах

внешней цепи. Поскольку ток в проводнике несет определенную энергию,

выделяющуюся, например, в виде некоторого количества теплоты, необходимо

непрерывное превращение какой-либо энергии в электрическую. Иначе говоря,

помимо кулоновских сил стационарного электростатического поля на заряды

должны действовать еще какие-то силы, неэлектростатической природы —

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать