Электрический ток
Электрическое поле создаёт направленное (упорядоченное) движение электрических зарядов (заряженных частиц)– электрический ток. Положительные заряды движутся в направлении линий поля (отрицательные – наоборот).
Ток в некоторой точке электрического поля характеризуется своей плотностью (Ам2).
Существуют три вида тока:
ток проводимости;
ток переноса;
ток электрического смещения.
1.Ток проводимости существует в проводящих телах и средах (металлах и электролитах). Электрический ток проводимости обусловлен направленным движением свободных носителей в веществе под действием электрического поля. В зависимости от состава свободных носителей существует три вида проводимостей: электронная, ионная и дырочная. В металлах ток проводимости обусловлен упорядоченным движением свободных электронов, в жидкостях – движением ионов.
Ток проводимости характеризуется вектором плотности электрического тока - количеством заряда, прошедшим в единицу времени через данную точку поверхности (характеризует упорядоченное движение зарядов в каждой точке поверхности). Вектор плотности электрического тока – векторная величина: вектор плотности тока совпадает с направлением касательной к линиям тока.
Плотность тока проводимости подчиняется закону Ома в дифференциальной форме:
, А/м2,
где - удельная электрическая проводимость вещества (проводящего тела), 1/Омм = Смм.
Количественной мерой электрического тока проводимости принято считать количество зарядов, проходящих в единицу времени сквозь поверхность (поток вектора плотности тока проводимости через поверхность). Её называют величиной тока, силой тока или просто током:
.
Величина тока есть скалярная величина, равная потоку вектора плотности тока сквозь поверхность, в которой мы рассматриваем величину тока.
2.Ток электрического смещения имеет место в диэлектриках. В практике электрический ток смещения встречается в конденсаторах (в самом диэлектрике конденсатора). При поляризации диэлектрика заряды в диэлектрике смещаются. Ток смещения – это направленное движение зарядов в диэлектрике под действием сил электрического поля в процессе поляризации. Плотность тока смещения для линейного и изотропного диэлектрика:
. В вакууме:.
Если электрическое поле стационарное, то плотность тока смещения равна нулю.
3.Ток переноса (конвективный) обусловлен упорядоченным движением носителей электрических зарядов в свободном пространстве (в электронных лампах, в газах). Если в какой-либо части пространства перемещается заряд с объёмной плотностью зарядов (Клм3) и скоростью
движения зарядов , то плотность тока переноса определится:
.
В общем случае: .
Резистивный элемент
Резистор представляет собой, например, проводящий однородный цилиндр длинойи поперечным сечениемS.
Электрич. поле, характеризуемое вектором напряжённости , создаёт направленное движение электрических зарядов – электрический токi.
Проводящие свойства материала характеризуются удельной электрической проводимостью , зависящей от физических свойств проводящего материала и температуры, измеряется в Ом-1м-1= Смм-1.
Работа сил поля по перемещению единичного положительного заряда между точками потенциального электрического поля есть напряжение. Напряжение между точками 1 и 2 определится:
.
Основной величиной в электрическом поле проводящей среды является вектор плотности тока проводимости . Это векторная величина, направленная по напряженности электрического поля.
Плотность тока в проводящем цилиндре подчиняется закону Ома в дифференциальной форме:
или.
Плотность тока проводимости численно равна отношению тока , протекающего через элемент поверхностиS(перпендикулярный направлению напряжённости поля в данной точке), к величине этой поверхностиS. Ток в проводящем цилиндре определится (поток вектора плотности тока сквозь поверхность):
.
Если ток равномерно распределён по сечению, а вектор одинаков по длине цилиндра, то сопротивление элемента определится: