Электрические цепи постоянного тока

1. Электрический ток

Проводниками называются тела, в которых имеются электрические заряды, способные перемещаться под действием электрического поля.

Проводник, имеющий положительные и отрицательные заряды (рис.1.1,а), помещается в электрическое поле между двумя пластинами с напряженностью Е₁. На заряды действует сила Fэ, которая их перемещает (рис.1.1,б).

Рис.1.1. а)

б)

В результате заряды проводника перемещаются к поверхности, одна из которых получает положительный заряд, а другая  отрицательный. В результате разделения зарядов в проводнике создается внутреннее электрическое поле с напряженностью Е₂ (рис. 1.1,в).

Рис.1.1 в)

г)

При равенстве Е₁ = Е₂ результирующая напряженность электрического поля внутри проводника равна нулю, поле сосредоточено снаружи (рис. 1.1, г). Проводник как бы разрывает электрические силовые линии внешнего элек­трического поля. Явление смещения заряженных частиц на поверхность проводника, помещенного в электростатическое поле, называется электростатической индукцией.

Если среда, содержащая электрические заряды, способные пе­ремещаться с одного места на другое, подвергается действию элек­трического поля, то эти заряды начнут двигаться в направлении действия сил поля. Заряды будут двигаться упорядоченно (направленно). Явление направленного движения свободных носителей электрического заряда в веществе или в вакууме называется электрическим током проводимости.

Если использовать металлический проводник (проводник первого вида), то под действием внешнего электрического поля в проводнике будут перемещаться свободные электроны. В проводниках второго вида (растворы солей, кислот и т.п.) носителями электрического заряда являются ионы – заряженные атомы и молекулы.

Упорядочение заряды могут пере­мещаться как угодно долго, если они нигде не будут накапливать­ся. Это возможно только в замкнутой цепи. В состав замкнутой цепи, кроме проводящей среды (среды, содержащей свободные электроны или ионы), обязательно должен входить источник электро­магнитного поля. В проводящей среде (проводах) электрические заряды начинают двигаться под действием электрического поля источника.

Внутри источника электромагнитного поля электрические заряды движутся под действием сторонних сил навстречу силам электри­ческого поля.

Р ис.1.2

Электрический ток, длительно не изменяющийся по величине и направлению называется по­стоянным (рис.1.2). За направление тока принимается направление напряженности электрического поля в проводнике, которое и вызывает движение электрических зарядов.

Направление тока обратно направлению движе­ния отрицательных зарядов (электронов или ионов) и совпадает с направлением движения положительных зарядов.

Электрический ток характеризуется величиной — силой. Величина тока (сила тока) I равна количеству электричества, проходящего через поперечное сечение проводника за одну секунду:

,

где Q — количество электричества, измеренное в кулонах, прошед­шее через поперечное сечение проводника за t секунд.

Сила тока измеряется в амперах (А). Один ампер — это сила тока, при которой через поперечное сечение проводника проходит один кулон электричества за одну секунду. На практике используются килоампер (1 кА = 10³ А), миллиампер (1 мА = 10^-3 А), микроампер (1 мкА = 10^-6 А).

Плотность тока J — величина тока, приходящаяся на один квад­ратный миллиметр поперечного сечения проводника.

Тогда сила тока I = J·S.