Электрический ток. Сила тока. Вектор плотности тока. Электрическое сопротивление.

Электрическим током называется любое упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов. В проводнике под действием приложенного электрического поля Е свободные электрические заряды перемещаются: положительные – по полю, отрицательные против поля, т.е. в проводнике возникает электрический ток, называемый током проводимости. Если же упорядоченное движение электрических зарядов осуществляется перемещением в пространстве заряженного макроскопического тела, то возникает так называемый конвекционный ток.

Для возникновения и существования электрического тока необходимо, с одной стороны, наличие свободных носителей тока – заряженных частиц, способных перемещаться упорядоченно, а с другой – наличие электрического поля, энергия которого, каким-то образом восполняясь, расходовалась бы на их упорядоченное движение. За направление тока условно принимают направление движения положительных зарядов.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I – скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени I

Ток, сила и направление которого не изменяются со временем, называется постоянным. Для постоянного тока I , где Q- электрический заряд, проходящий за время t через поперечное сечение проводника.

Единица силы тока – ампер.

Физическая величина, определяемая силой тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока, называется плотностью тока j=

Выразим силу и плотность тока через скорость <v> упорядоченного движения зарядов в проводнике. Если концентрация носителей тока равна n и каждый носитель имеет элементарный заряд e (что не обязательно для ионов), то за время dt через поперечное сечение S проводника переноситься заряд dQ=ne<v>Sdt. Сила тока I= , а плотность тока j=ne<v>.

Плотность тока - вектор, ориентированный по направлению тока, т.е. направление вектора j совпадает с направлением упорядоченного движения положительных зарядов. Единица плотности тока – ампер на метр квадратный.

Сила тока сквозь произвольную поверхность S определяется как поток вектора j, т.е. I= , где dS=n (n-единичный вектор нормали к площади dS, составляющий с вектором j угол ).

Немецкий физик Г.Ом экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному проводнику (т.е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорциональна напряжению U на концах проводника I=U/R, где R и есть электрическое сопротивление проводника.

Электрическое сопротивление - величина, характеризующая противодействие проводника или электрич. цепи электрич. току.

Э. с. участка цепи при постоянном напряжении (токе) — скалярная величина R, равная отношению напряжения U на его концах к силе тока I при отсутствии на этом участке источников эдс

Формула позволяет установить единицу сопротивления – ом. 1 Ом – сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1 В течет постоянный ток 1 А.

Сопротивление проводников зависит от его размеров и формы, а также от материала, из которого проводник изготовлен. Для однородного линейного проводника сопротивление R прямо пропорционально его длине l и обратно пропорционально площади его поперечного сечения S: R= , где - коэффициент пропорциональность, характеризующий материал проводника. Он называется удельным электрическим сопротивлением. Единица удельного электрического сопротивления Ом*метр. Наименьшим удельным сопротивлением обладаю серебро и медь.