Электрический ток, сила тока и плотность тока

В электродинамике – разделе учения об электричестве, в котором рассматриваются явления и процессы, обусловленные движением электрических зарядов или макроскопических заряженных тел, – важнейшим понятием является понятие электрического тока.

Электрический ток есть упорядоченное движение электрических зарядов. Электрический ток, возникающий в проводящей среде вследствие того, что в нем создается электрическое поле, называется током проводимости.

Электрический ток может быть обусловлен также движением в пространстве макроскопических заряженных тел (пылинок, капель жидкости) или даже одного заряженного тела. Такой ток называют конвекционным. Примером конвекционного тока может служить ток, который возникает при вращении тела, заряженного с некоторой объемной или поверхностной плотностью.

К электрическому току относят и направленное движение электронов или ионов в вакууме, которое формально не подпадает под определение как тока проводимости (нет проводящей среды), так и конвекционного тока (упорядоченно перемещаются заряженные микро-, а не макрообъекты). Эти токи определяют работу электровакуумных приборов, установок ионной имплантации и ионного легирования и т. д.

Для возникновения и существования электрического тока необходимо, с одной стороны, наличие свободных носителей тока – заряженных частиц, способных перемещаться упорядочено, а с другой — наличие электрического поля, энергия которого, каким-то образом восполняясь, расходовалась бы на их упорядоченное движение. За направление тока условнопринимают направление движения положительных зарядов. Количественной мерой электрического тока служит сила тока – скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени:

, (7.1)

где – электрический заряд, проходящий за время через поперечное сечение проводника. Единица силы тока – ампер (А).

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

. (7.2)

Выразим силу и плотность тока через среднюю скорость упорядоченного движения зарядов в проводнике. Если концентрация носителей тока равна и каждый носитель имеет элементарный заряд , то за время через поперечное сечение S проводника переносится заряд . Сила тока

,

а плотность тока

.

Плотность тока – вектор,ориентированный по направлению тока, т. е. направление вектора совпадает с направлением упорядоченного движения положительных зарядов. Единица плотности тока – ампер на метр в квадрате (А/м²).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: