Постоянный электрический ток

Электрический ток – любое упорядоченное движение электрических зарядов движущиеся в проводнике под действием внешнего ЭП. Данное определение подходит для так называемого тока проводимости. Ток проводимости - это движение заряженных частиц в проводящих средах. Ток возникающий при движении в пространстве заряженных тел получил название конвекционного тока. Для возникновения и существования электрического тока (ЭТ) необходимо наличие свободных зарядов в проводящей среде ( а так же ЭСП энергия которого идёт на перемещение электрического заряда). За направление движения ЭТ принято считать направление движения положительно заряженных частиц под действием внешнего электрического поля. Хотя необходимо отметить что реально носителями тока в проводнике являются не положительные заряды а отрицательно заряженные электроны. Основной характеристикой описывающей движение заряженных частиц в проводнике является величина получившая название силы тока. Она определяется как отношение величины заряда прошедшего за малый промежуток времени dt через поперечное сечение некоторого проводника.

- величина заряда; - промежуток времени в течении которого данный заряд прошёл через поперечное сечение проводника. Единицы измерения тока Амперы .

Ток не изменяющийся с течением времени ни по величине ни по направлению называется постоянным током. Величина силы постоянного тока определяется как:

- заряд прошедший через поперечное сечение проводника; - промежуток времени в течении которого данный заряд прошёл через поперечное сечение проводника.

Эта величина получила название плотности электрического тока где - площадь поперечного сечения проводника; I – сила тока в данном проводнике; - внешняя нормаль по отношению к поперечному сечению той части проводника из которой выходит электрический заряд.

Представленная выше формула для плотности электрического тока является справедливой в том случае если в пределах сечения в единицу времени проходит один и тот же электрический заряд В обратном случае выше представленная формула для плотности тока по данному сечению за некоторый промежуток времени .Предполагаем что имеем некоторый объём проводника в котором концентрация носителей зарядов n; величина этого заряда V; площадь поперечного сечения проводника . Тогда величина заряда dQ прошедшего через поперечное сечение за время dt может быть определена:

Следовательно сила тока в данном проводнике может быть определено:

- величина заряда; n – концентрация заряда.

В том случае если поперечное сечение проводника имеет произвольную форму и известен закон изменения плотности тока по данному поперечному сечению проводника то сила тока:

Сторонние силы

В том случае если два разноимённых заряда соединены проводником

То в этом случае по проводнику будет протекать электрический ток. Движение заряженных частиц по проводнику будет проходить до тех пор пока потенциалы положительных и отрицательных зарядов не выровняются между собой. Таким образом для поддержания электрического тока во внешней электрической цепи необходимо что бы на концах проводника была разность потенциалов. Наиболее просто добиться разности потенциалов на концах проводника можно с помощью разделения зарядов на концах проводника. Разделение зарядов (разделение потенциалов) на концах проводника может быть осуществлено с помощью сторонних сил, сил которые не имеют электрического происхождения, а именно сил химического, механического и.т.д. происхождения. В качестве устройства предназначенного для разделения электрического заряда и поддержания разности потенциалов в проводнике очень часто используют гальванический элемент.

Данные пластины соединены внешним проводником, по которому протекает электрический ток. Во внешней цепи (в той части замкнутого электрического контура по которой протекает ток и в которую не входит источник сторонних сил) заряженные частицы движутся под действием электрического поля. Для того что бы электрическая цепь была замкнутой, во внутренней части цепи то есть в гальваническом элементе заряженные частицы должны двигаться против ЭП. Во внутренней части электрической цепи то есть в гальваническом элементе для того что бы электрическая цепь была замкнутой движение заряженных частиц должно происходить против ЭП. Такое движение может происходить только под действием сторонних сил. Сил не электрического происхождения.

Основной характеристикой определяющей действие сторонних сил является величина получившая название ЭДС. ЭДС – определяется как работа сторонних сил по перемещению единичного пробного положительного заряда из одной точки цепи в другую.

Величину определяемую как силу действующую на единичный пробный положительных заряд называют напряжённостью сторонних сил. Таким образом на некоторый заряд Q действует сторонняя сила , то говорят о том что заряд Q находится в поле сторонних сил с напряжённостью:

Отсюда ЭДС можно определить как:

Для замкнутого контура при переносе заряженной частицы может быть определено как:

Таким образом в замкнутом электрическом контуре ЭДС будет равно циркуляции вектора напряжённости сторонних сил по замкнутому контуру. Рассмотрим случай когда на некоторый заряд Q будут действовать силы ЭСП в этом случае суммарная сила действующая на заряд Q:

- определяет стороннюю силу; - определяет силу действующую на данный заряд со стороны ЭСП

Работу силы по перемещению заряда Q из некоторой точки 1 в некоторую точку 2 данного электрического проводника можно определить следующим образом:

С учётом выражения

- элементарная разность потенциалов.

Выражение для работы на участке 12 по перемещению заряда Q под действием силы можно определить следующим образом:

- потенциал в первой точке; - потенциал во второй точке; - ЭДС на участке 12, измеряется в Вольтах.

Величина равная

получило названия напряжения на участке 1-2. Таким образом напряжение на участке 1-2 можно определить как работу совершённую сторонними силами и силами электростатического происхождения по перемещению единичного пробного положительного заряда на данном участке.

В том случае если цепь является замкнутой, то как видно из представленного выражения

Напряжение равно ЭДС. Если на участке 1-2 источник ЭДС отсутствует и движение происходит только под действием сил ЭП, то напряжение