Сила и плотность тока

Электрический ток представляет собой упорядоченное дви­жение электрических зарядов. Замечательным свойством про­водников является их способность проводить электрический ток, который в проводниках представляет собой поток свободных электронов. Количественноймерой электрического тока служит сила тока — количество заряда, проходящее через поперечное сечение проводника в единицу времени:

Единицей силы тока является 1 ампер; при этом в 1 секунду через поперечное сечение проводника переносится заряд в 1 кулон.

Протекающий по проводнику заряд равен q = eN. Здесь е — заряд электрона, N — число электронов, пересекающих сечение

проводника. Поэтому сила тока есть произведение элементарно­го заряда на число зарядов, пересекающих поперечное сечение проводника в единицу времени.

Реально электрический ток протекает в проводнике определен­ной формы. Рассмотрим однородный проводник конечных раз­меров цилиндрической формы (провод), имеющий объем V и поперечное сечение S (рис. 1).

Пусть в проводнике находится N электронов. Выделим бес­конечно малый объем проводника dV = Sdl, где dl — бескончно малый элемент длины проводника. Количество электронов, со­держащихся в объеме dV:

Подставим это выражение в (2), запишем силу тока в виде:

Заметим, что dl/dt = v — скорость упорядоченного движения электрона, перемещающегося вдоль проводника. Окончательно

где п — плотность электронов в проводнике.

 

Сила тока, отнесенная к площади поперечного сечения про­водника, называется плотностью тока:

Если плотность тока во всех точках сечения одинакова, то

Плотность тока — векторная величина, ее можно записать в виде

За положительное направление тока принимается направление движения положительных зарядов.

Если плотность тока неравномерно распределена по сечению проводника, вместо (5) следует пользоваться более общей фор­мулой: