Сила и плотность тока.

Если через некоторую воображаемую поверхность переносится суммарный заряд отличный от нуля, то говорят, что через поверхность течет электрический ток.

Электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов. Движущиеся упорядочено носители заряда определенного знака называются носителями тока. Различают ток проводимости и конвекционный ток.

Ток проводимости – это направленное движение зарядов в проводящих телах: электроны в металлах, электроны и дырки в полупроводниках, ионы в электролитах, ионы и электроны в газах.

Движение заряженных тел или пучков заряженных частиц в пространстве называется конвекционным током.

Приведенная классификация тока в значительной степени условна. Так , например, переменное электрическое поле в отдельных случаях тоже называют током – током смещения. Но имеется один общий признак у любого тока: он является источником магнитного поля.

Траектория направленного движения положительных электрических зарядов по проводнику называется линиями тока, касательные к которым показывают направление скорости упорядоченного движения заряда.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока.

Рассмотрим участок проводника (рис.11.1) , в котором есть электрический ток.

электрический заряд dQ, проходящий через поперечное сечение проводника dS в единицу времени называется силой тока через площадку DS:

I = dQ/dt. (11.1.1)

Предположим для простоты, чтовсе носители движутся с одинаковой скоростью и имеют положительный заряд q. Концентрацию носителей обозначим n. Пусть площадка DS, расположена перпендикулярно вектору скорости носителей (см. рис.11.1).За время Dt через площадку DS пройдут все носители тока из объема

Они перенесут суммарный заряд

Поделив на промежуток времени Dt, получим для силы тока соотношение

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

(11.1.2)

Следовательно,

(11.1.3)

Такое определение плотности тока используется и для носителей с отрицательным зарядом. Следовательно, плотность тока j для отрицательных носителей направлена противоположно скорости . Направление вектора плотности тока называют направлением электрического тока. Таким образом, для положительных зарядов направление тока совпадает с направлением движения носителей, для отрицательных – противоположно ему.

В том случае, когда существует разброс носителей тока по скоростям, под следует понимать среднюю скорость направленного движения носителей тока.

Зная плотность тока, по формуле

(11.1.4)

можно найти силу тока через произвольную поверхность S.

Если поверхность S ориентирована перпендикулярно плотности тока и плотность тока во всех точках поверхности одинакова, (11.1.4) можно преобразовать к виду

.

Рассмотрим ток в направлении некотороговытянутого тела (например, провода с, вообще говоря, переменным сечением, вытянутого вдоль оси х). Если ток через каждое поперечное сечение этого проводника один и тот же, такой ток называется однородным. При этом за время dt через любое поперечное сечение проводника переносится один и тот же заряд dQ = Idt. Это значит, что заряд любого участка проводника не изменяется: сколько избыточного заряда поступает в данный объем с одной стороны, столько же выходит с другой.

Если сила тока через любое сечение проводника не меняется со временем, ток называется постоянным. Если же ток меняется во времени, то он называется переменным. Переменный ток является примером колебательного процесса.