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 DS, 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) = LU.

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 = lE, 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.