Электрический ток. Плотность тока

Электрическим током называется любое упорядоченное движение электрических зарядов. В проводнике под действием приложенного электрического поля свободные элек­трические заряды перемещаются: поло­жительные - по полю, отрицательные - против поля, т.е. в провод­нике возникает электрический ток, на­зываемый током проводимости.

Для возникновения и существования электрического тока необходимо, с одной стороны, наличие свободных носителей то­ка — заряженных частиц, способных перемещаться упорядоченно, а с другой — наличие электрического поля, энергия ко­торого, каким-то образом восполняясь, расходовалась бы на их упорядоченное движение. За положительное направление тока условно принимают направление движения поло­жительных зарядов.

Количественной мерой электрического тока служит ток (или сила тока) i=i(t) - скалярная фи­зическая величина, равная элек­трическому заряду, проходящему через по­перечное сечение проводника в единицу времени. Другими словами, ток равен скорости изменения заряда q(t):

. (12.1)

Если ток постоянный i=I=const, то

. (12.2)

Единица силы тока 1 А (ампер).

Физическая величина, равная силе тока I, проходящего через единицу площади S поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока, на­зывается плотностью тока:

. (12.3)

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

. (12.4)

Тогда ток

, (12.5)

а плотность тока

. (12.6)

Строго говоря, плотность тока – это вектор, ориентирован­ный по направлению тока , т. е. направле­ние вектора совпадает с направлением упорядоченного движения положительных зарядов. Единица плотности тока - 1 А/м².

Сила тока сквозь произвольную по­верхность определяется как поток векто­ра через поверхность , т. е.

, (12.7)

где - элементарная площадка, - единичный вектор нормали к площадке , составляющий с вектором угол .