31. Сила и плотность тока. Электродвижущая сила. Законы постоянного тока.

Ответ. Электрический ток – это упорядоченное движение электрических зарядов. Для возникновения и существования электрического тока в веществе (проводящей среде) необходимо: 1) наличие свободных носителей тока – заряженных частиц, способных перемещаться в проводящей среде упорядочено;2) наличие электрического поля внутри проводника. Носителями тока могут быть электроны (в металлах), ионы (в электролитах) или другие частицы. Количественной мерой электрического тока служит сила тока I – это скалярная физическая величина, равная величине заряда dq, прошедшего через поперечное сечение проводника за единицу времени: 𝐼 = 𝑑𝑞/𝑑𝑡. Электрический ток называется постоянным (стационарным), если сила тока и его направление не изменяются с течением времени. Переменным электрическим током называется ток, изменяющийся с течением времени. Для постоянного тока 𝐼 =𝑞/𝑡. Единица силы тока в СИ – ампер (A). 1A=1Кл/1с. Плотностью электрического тока называется сила тока, проходящая через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока: 𝑗 = 𝑑𝐼/𝑑𝑆. Единица плотности тока в СИ – ампер на метр в квадрате (А/м2). Перемещение зарядов по замкнутому проводнику под действием источника тока происходит за счет сил неэлектрического происхождения – так называемых сторонних сил. Сторонние силы – силы не электростатического происхождения, действующие на заряды либо на отдельных участках цепи, либо во всей цепи. Сторонние силы можно охарактеризовать работой, которую они совершают над зарядами. Работа сторонних Aст сил над положительным единичным за рядом называется электродвижущей силой (ЭДС): 𝜀 = 𝐴/𝑞. Эта работа совершается за счет энергии, затрачиваемой в источнике тока, поэтому величину ε можно назвать ЭДС источника тока, включенного в цепь. Единица ЭДС в СИ – вольт (В). Участок электрической цепи, на котором не действуют сторонние силы, называется однородным. Участок цепи, на котором на носители тока действуют сторонние силы, называется неоднородным. Для замкнутой цепи, так как работа электростатических сил в этом случае равна нулю(φ1=φ2) получается 𝐴 = 𝑞𝜀₁₂. Законы постоянного тока. Закон Ома для однородного участка цепи (не содержащего источник тока) (интегральная форма закона Ома): cила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику, пропорциональна напряжению U на конце проводника: 𝐼 = 𝑈/𝑅, где R – электрическое сопротивление проводника. Закон Ома в дифференциальной форме (локальным законом Ома) устанавливает связь между плотностью тока и напряженностью электрического поля в одной и той же точке пространства. 𝑗⃗ = 1/𝜌 𝐸⃗ = 𝜎𝐸⃗. Необходимо отметить, что если ток постоянный, то избыточный заряд внутри однородного проводника всюду равен нулю. Избыточный заряд может появиться только на поверхности однородного проводника в местах соприкосновения с другими проводниками или на участках, где проводник имеет неоднородности. Закон Ома в дифференциальной форме для неоднородных участков

цепи: 𝑗⃗ = 𝜎(𝐸⃗ + 𝐸⃗стор). Закон Ома для неоднородного участка цепи (обобщенный закон): произведение электрического сопротивления участка цепи на силу тока в нем равно сумме падения электрического потенциала на этом участке и ЭДС всех источников электрической энергии, включенных на данном участке. 𝐼₁₂𝑈₁₂ = (𝜑₁ − 𝜑₂) + 𝜀₁₂. Пользуясь обобщенным законом Ома, нужно соблюдать следующее правило знаков для ЭДС источников, включенных на участке цепи 1–2: если напряженность поля сторонних сил в источнике совпадает с направлением выбранного обхода участка цепи (внутри источника обход связан с перемещением от катода к аноду), то при подсчете ЭДС этого источника нужно считать положительной, а в противном случае – отрицательной. Частные случаи: 1. Закон Ома для замкнутой цепи (∆φ=0) 𝐼 = 𝜀/𝑅 = 𝜀/𝑟+𝑅внеш, где ε – алгебраическая сумма отдельных ЭДС в данной цепи; R – суммарное сопротивление всей цепи; Rвнеш – сопротивление внешней цепи; r – внутреннее сопротивление источника тока. 2. Если цепь разомкнута, то I=0. Поэтому ЭДС источника, действующего в разомкнутой цепи, равна разности потенциалов на его клеммах: 𝜀12 = 𝜑2 − 𝜑1. 3. В случае короткого замыкания сопротивление внешней цепи Rвнеш =0. 𝐼 = 𝜀/𝑟.