Электрический ток - направленное движение электрических зарядов.
При этом возможны различные случаи:
- Зарядим какое-либо тело, т.е. сообщим ему электрический заряд, и будем перемещать это тело в пространстве В этом случае электрические заряды будут перемещаться вместе с макроскопическими телами, на которых они находятся. Такой ток получил название конвенционный (переносной).
- Если рассмотреть проводник, в котором создано и поддерживается внешнее электрическом поле Е, то находящиеся внутри проводника свободные электрические заряды будут двигаться: положительные - по полю, а отрицательные - против поля.
Случай, когда микроскопические электрические заряды движутся внутри неподвижного макроскопического тела (твердое, жидкое, газообразное) носит название тока проводимости.
- Третьим случаем является так называемый ток в вакууме - когда электрические заряды движутся в пустоте независимо от макроскопического тела.
Пример: потоки электронов в электронной лампе.
Свободными зарядами являются:
• в металлах - электроны, потерявшие связь с атомами;
• в электролитах - ионы обоих знаков, полученные при распаде молекул;
• в газах - электроны и ионы обоих знаков, ставшие свободными под действием ионизаторов;
• в вакууме - электроны, вырывающиеся с поверхности нагретого металла;
• в полупроводнике - электроны и "дырки" ставшие свободными при разрыве парно электронных связей;
Для возникновения и существования в веществе электрического тока необходимы 3 условия:
A) наличие свободных заряженных частиц;
Б) наличие электрического поля для упорядоченного движения этих частиц;
B) замкнутая электрическая цепь.
Количественной характеристикой тока является сила тока (I)
I=q/t(l)
Сила тока показывает величину заряда, переносимого через поперечное сечение проводника за единицу времени.
Если сила тока со временем не изменяется, то электрический ток называется постоянным.
В системе СИ за единицу силы тока принят ампер (А). При силе тока 1А через поперечное сечение проводника проходит за 1с заряд в 1Кл. Поэтому из (1) =>>
1 Кл = 1А*1с
Если ток изменяется со временем, то такой ток называют переменным.
Сила тока зависит от:
- заряда, переносимого каждой частицей (q);
- концентрации частиц (n);
- скорости их направленного движения (v);
- площади поперечного сечения проводника.
Покажем это:
Пусть проводник имеет поперечное сечение S, заряд каждой частицы - . В объеме проводника, ограниченного поперечными сечениями 1 и 2 содержится n*S*l частиц, где n – концентрация частиц.
Их общий заряд: q= nSl
Средняя скорость движения частиц:
v = l / t =>> t = l / v
Поэтому сила тока:
I = q / t = nSl / l*v = nSv
Закон Ома для участка цепи.
Для каждого проводника - твердого, жидкого, газообразного - существует определенная зависимость силы тока от приложенного напряжения на концах проводника (вольт-амперная характеристика проводника). Наиболее простая зависимость для металлических проводников и растворов электролитов была установлена немецким ученым Георгом Омом, поэтому зависимость I(U) носит название закона Ома.
I=u/R
Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.
Графически, данная зависимость, выглядит следующим образом:
Наклон прямой I(u) определяется величиной сопротивления: чем больше R, тем меньше наклон прямой I(U). Это видно из таких соображений:
Ctg = u/I = R
Даны два графика для двух проводников с различными сопротивлениями:
>
Следствия из закона Ома:
u = I*R =>> u ~ R
R = u / I =>> [R] = [B/A] = [Oм]
Данная формула не дает зависимости R от u и I так как сопротивление - это электрическая характеристика проводника. Другими словами,
Сопротивление - свойство самого проводника оказывать препятствие току.