Характеристики электрического тока

Всякое движение электрических зарядов мы называем электрическим током.

В металлах могут свободно перемещаться только электроны. Поэтому электрический ток в металлах есть движение электронов проводимости. В проводящих растворах нет свободных электронов, а подвижными заряженными частицами являются ионы. В газах могут существовать в подвижном состоянии и ионы, и электроны.

Направлением тока условились считать направление движения положительных частиц. Поэтому направление тока в металлах противоположно направлению движения электронов.

Линии, вдоль которых движутся заряженные частицы, названы линиями тока. За направление линий тока принимают направление движения положительных зарядов.

Для количественной характеристики электрического тока служат две основные величины: плотность тока и сила тока.

Плотность тока равна заряду, проходящему в единицу времени через

единицу поверхности, перпендикулярной к линиям тока.

Выделим внутри проводника площадку с S = 1, расположенную перпендикулярно к линиям тока. Построим на этой площадке прямоугольный параллелепипед с длиной, равной скорости движения частиц v. Тогда число частиц, которые пройдут через рассматриваемую площадку в единицу времени, будет равно числу частиц, заключенных внутри параллелепипеда. Если n есть концентрация заряженных частиц, то число частиц внутри параллелепипеда равно nv, а заряд, переносимый ими, есть nev, где е — заряд одной частицы (например, электрона). Поэтому плотность тока j равна

j = nev.

Или в векторной форме

.

Если выделить внутри проводника бесконечно малую площадку dS, перпендикулярную к вектору плотности тока j, то заряд, проходящий через нее за время dt, равен

dq = j dS dt.

Если площадка dS не перпендикулярна к j, то в этом выражении вместо j нужно взять составляющую плотности тока j_n, перпендикулярную к dS.

Сила тока i в проводнике равна заряду, проходящему через полное сечение проводника в единицу времени. Если dq — заряд, прошедший через сечение проводника за время dt, то

i = dq/dt.

Зная вектор плотности тока j в каждой точке проводника, можно выразить через него и силу тока.

dS.

производится по всей поверхности S любого сечения проводника.

Единицей силы тока служит ампер (А). При токе в 1 А через полное сечение проводника протекает заряд 1 Кл за время 1 с. На практике употребляют и более мелкие единицы: 1 миллиампер (мА) = 10^-3 А и 1 микроампер (мкА) = 10^-6 А.

Единица плотности тока есть ампер на квадратный метр (А/м²). Если плотность тока и сила тока не меняются во времени, то мы говорим, что в проводнике имеется постоянный ток.