3.4. Стационарные токи

3.4.1. Электрический ток и его характеристики

Энергия электрического поля преобразуется в другие виды благодаря использованию электрического тока.

Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц или заряженных макроскопических тел.

Упорядоченное движение в веществе или вакууме свободных заряженных частиц под действием электрического поля называют током проводимости. Для возникновения и поддержания электрического тока проводимости необходимы два основных условия: наличие свободных носителей тока (свободных зарядов); наличие электрического поля, создающего упорядоченное движение свободных зарядов. Вещества, в которых имеются свободные заряженные частицы, называются проводниками. Носителями зарядов в металлах являются свободные электроны; в газах – электроны и ионы; в жидкостях-электролитах – положительные и отрицательные ионы; в полупроводниках – электроны проводимости и дырки.  

Количественной мерой электрического тока является сила тока I – скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение S проводника в единицу времени:

. (3.26)

Ток, сила и направление которого не изменяются с течением времени, называется постоянным  Единица силы тока в СИ является – ампер (А).

Заряженные частицы – носители тока в разных точках поперечного сечения проводника могут распределяться неравномерно. Поэтому, кроме величины тока, вводится понятие плотности тока.  Плотностью тока  называют векторную физическую величину, совпадающую с направлением тока в рассматриваемой точке и численно равную отношению силы тока dI, проходящего через элементарную поверхность, перпендикулярной направлению тока, к площади этой поверхности:

. Единица плотности тока – ампер на квадратный метр (А/м²).

3.4.2. Закон Ома для однородного участка цепи

  Экспериментально установлено, что сила тока в однородном проводнике пропорциональна разности потенциалов на его концах и обратно пропорциональна сопротивлению проводника (закон Ома для участка цепи):

. (3.27)

где R – электрическое сопротивление проводника. Для однородного цилиндрического проводника длиной l и площадью поперечного сечения S сопротивление определяется по формуле: , где – удельное сопротивление (сопротивление однородного цилиндрического проводника имеющего единичную длину и единичную площадь поперечного сечения), зависит от материала проводника и его температуры.

Единица сопротивления – ом: 1 Ом – сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1 В течет постоянный ток силой 1 А.

Закон Ома можно представить в дифференциальной форме, которая устанавливает связь между вектором плотности тока и вектором напряжённости

. (3.28)

Это соотношение справедливо и для переменных полей.