Сила и плотность тока.

Пусть концентрация свободных электронов в металле равна n, а заряд каждого носителя равен е. Выделим внутри проводника прямоугольник с сечением площадью DS, перпендикулярным вектору скорости упорядоченного движения зарядов . Сечение характеризуется нормальным к нему вектором . Построим на этом сечении параллелепипед высотой, численно равной скорости . За 1 с через выделенное сечение пройдут те и только те заряды, которые находятся внутри параллелепипеда. Они перенесут заряд

.

Если рассматривать как вектор, то предыдущее выражение примет вид:

.

Физическую величину называют плотностью тока; она численно равна заряду, проходящему в 1 с через единичное сечение проводника, перпендикулярное вектору скорости зарядов. Заметим, что при изменении знака заряда меняется и знак скорости, так что знак вектора плотности тока не изменяется.

При постоянном токе (скорость упорядоченного движения зарядов не меняется) вектор постоянен по всему выбранному сечению проводника. Поэтому, суммируя по сечению, получим:

,

где I – сила тока, численно равная полному заряду q, проходящему через сечение проводника в единицу времени t

.

При токе, меняющемся во времени, это определение заменяется более общим:

.

Сила тока – скалярная характеристика процесса. Распространенное выражение «направление тока» имеет смысл только по отношению к вектору плотности тока.

Основной единицей в СИ является единица силы тока – ампер (А). При силе тока 1 А через сечение проводника в 1 с проходит заряд, равный 1 Кл, следовательно, 1 Кл = 1 А × с.

Единицей плотности тока является 1 А/м².