Постоянный электрический ток

Направленное (упорядоченное) движение свободных заряженных частиц под действием электрического поля называется электрическим током.

Условия существования тока: 
1. Наличие свободных зарядов.
2. Наличие электрического поля, т.е. разности потенциалов.
Свободные заряды имеются в проводниках. Электрическое поле создается источниками тока.

Направленное (упорядоченное) движение свободных заряженных частиц под действием электрического поля называется электрическим током

При прохождении тока через проводник он оказывает следующие действия:

  1. Тепловое (нагревание проводника током). Например: работа электрического чайника, утюга и т.д.).
  2. Магнитное (возникновение магнитного поля вокруг проводника с током). Например: работа электродвигателя, электроизмерительных приборов).
  3. Химическое (химические реакции при прохождении тока через некоторые вещества). Например: электролиз.
    Можно также говорить о
  4. Световом (сопровождает тепловое действие). Например: свечение нити накала электрической лампочки.
  5. Механическом (сопровождает магнитное или тепловое). Например: деформация проводника при нагревании, поворот рамки с током в магнитном поле).
  6. Биологическом (физиологическом). Например: поражение человека током, использование действия тока в медицине.



Основные величины, описывающие процесс прохождения тока по проводнику.

1. Сила тока I - скалярная величина, равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени, в течение которого шел ток.
Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.

$$\boldsymbol{I=\frac{\Delta q}{\Delta t}}$$

В СИ единица силы тока устанавливается как основная по магнитному действию тока:
если отрезки двух бесконечно длинных проводников с током по 1 м каждый, находящиеся в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, взаимодействуют с силой $\mathsf{2\cdot{10}^{-7} Н}$, то говорят, что по ним течет ток 1 А (ампер).

Ток называют постоянным, если сила тока не меняется со временем.
Для того чтобы ток через проводник был постоянным необходимо, чтобы разность потенциалов на концах проводника была постоянной.

Если заряженная частица $\boldsymbol{q}$ движется со скоростью $\boldsymbol{\upsilon}$ (скорость направленного (!) движения), то $\boldsymbol{I=\frac{\Delta q}{\Delta t}=\frac{qN}{\Delta t}=\frac{qnV}{\Delta t}=\frac{qnSl}{\Delta t}=qn \upsilon S}$.

Т.о. при увеличении площади сечения проводника скорость направленного движения частиц, создающих ток, уменьшается.

Если заряженная частица q движется со скоростью v (скорость направленного (!) движения)

$$\boldsymbol{I=qn \upsilon S}$$

2. Плотность тока j - отношение силы тока к площади поперечного сечения проводника. Измеряется в $\frac{A}{м^2}$.
Вектор плотности тока сонаправлен с вектором напряженности поля. Т.о. плотность тока не зависит от размеров проводника.

$$\boldsymbol{j=\frac{I}{S}=qn \upsilon}$$

3. Напряжение U. Напряжение численно равно работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль силовых линий поля внутри проводника.

$$U=\frac{A}{q}$$

4.  Электрическое сопротивление R - физическая величина, численно равная отношению напряжения (разности потенциалов) на концах проводника к силе тока, проходящего через проводник. Характеристика электрических свойств проводника (!). Для металлов и электролитов не зависит от напряжения и силы тока, а определяется только формой, размерами и материалом проводника. Единица в СИ: $\boldsymbol{Ом = В/А}$ - сопротивление проводника равно 1 Ом, если при разности потенциалов на его концах в 1 В, по нему протекает ток силой 1 А.  

$$R=\frac{U}{I}$$

$[R]=В/А=Ом$

Проводимость - величина обратная сопротивлениюЕдиница в СИ - сименс.  $\sigma=\frac{1}{R}$. Единица названа в честь немецкого учёного и предпринимателя Вернера фон Сименса. Наименование «сименс» для единицы электрической проводимости в СИ принято XIV Генеральной конференцией по мерам и весам в 1971 году.

Зависимость сопротивления от материала и размеров проводника.

$l$ - длина, S - площадь поперечного сечения, $\rho$ - удельное сопротивление.
Удельное сопротивление показывает, чему равно сопротивление проводника единичной длины и единичной площади поперечного сечения.

Единицы измерения: в СИ - $Ом\cdot м$, практическая -  $(Ом\cdot мм^2)/м$.

 

$R=\rho \cdot \frac{l}{S}$

$[\rho]=Ом\cdot м$

$1 (Ом\cdot мм^2)/м={10}^{-6} Ом\cdot м$

Удельная проводимость - величина, обратная удельному сопротивлению:  $\lambda=\frac{1}{\rho}$.

Источник: www.eduspb.com