Плотность тока

Электрический ток может быть распределен по поверхности сечения проводника, через которую он протекает, неравномерно. Во многих случаях требуется рассмотрение направления, в котором движутся заряженные частицы. Поэтому для более детальной характеристики тока вводят вектор плотности тока плотность тока - student2.ru ,

плотность тока - student2.ru ,

где плотность тока - student2.ru — единичный вектор, задающий направление вектору плотность тока - student2.ru . Он направлен по вектору скорости плотность тока - student2.ru упорядоченного движения положительных носителей тока (или, по направлению противоположному направлению вектора скорости, упорядоченного движения отрицательных носителей);

плотность тока - student2.ru — модуль вектора плотность тока - student2.ru . Он численно равен отношению силы тока плотность тока - student2.ru через элементарную площадку, расположенную в данной точке среды перпендикулярно направлению движения носителей тока, к ее площади плотность тока - student2.ru .

При равномерном распределении плотности тока по сечению проводника

плотность тока - student2.ru ,

т. е. она равна по величине току, текущему через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению упорядоченного движения зарядов, и измеряется в амперах на квадратный метр, плотность тока - student2.ru .

Плотность тока дифференциальная величина, в том смысле, что она характеризует физическую точку токопроводящей среды. В случае неравномерного потока заряженных частиц берем столь малую площадку плотность тока - student2.ru и столь малый промежуток времени плотность тока - student2.ru , чтобы в их пределах поток мог считаться равномерным, т. е. частицы движутся в одном направлении с одинаковыми скоростями (см. рисунок). Ограничимся движением частиц какого-либо одного знака, например, положительных (движение отрицательных частиц можно условно заменить движением положительных частиц в противоположном направлении). Обозначим через плотность тока - student2.ru малый ток, протекающий через малую площадку плотность тока - student2.ru , имеем

плотность тока - student2.ru .

Через площадку плотность тока - student2.ru , ориентированную перпендикулярно скорости плотность тока - student2.ru за время плотность тока - student2.ru проходят те заряженные частицы, которые находятся внутри цилиндра (в пределах физической точки) длинною плотность тока - student2.ru . Количество этих частиц плотность тока - student2.ru будет равно

плотность тока - student2.ru ,

где плотность тока - student2.ru — концентрация положительных заряженных частиц, плотность тока - student2.ru — объем цилиндра (физической точки). Они перенесут заряд плотность тока - student2.ru , где плотность тока - student2.ru — заряд одной частицы. Тогда плотность тока - student2.ru , а плотность тока плотность тока - student2.ru , или в векторной форме

плотность тока - student2.ru .

Если носителями тока являются как положительные, так и отрицательные заряды, то плотность тока определяется формулой

плотность тока - student2.ru , или

плотность тока - student2.ru ,

где плотность тока - student2.ru — объемная плотность заряда положительных носителей тока, плотность тока - student2.ru — объемная плотность заряда отрицательных носителей тока, плотность тока - student2.ru и плотность тока - student2.ru — скорости их упорядоченного движения.

Наши рекомендации