Электрический ток, его характеристики и условия существования

Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц.

Условия появления и существования тока:

1) Наличие свободных электрических зарядов.

В металлах – свободных электронов, в электролитах – положительных и отрицательных ионов, в плазме – свободных электронов и ионов, в полупроводниках – электронов проводимости и дырок.

2) Наличие внешнего электрического поля.

Ток возникает под действием электрического поля. При этом равновесное распределение зарядов в проводнике нарушается, а его поверхность и объем перестают быть эквипотенциальными. На поверхности проводника действует тангенциальная напряженность Е_τ ≠ 0 и Е_внутри ≠ 0. Электрический ток продолжается до тех пор, пока все точки проводника не станут эквипотенциальными.

Таким образом, для поддержания тока необходим источник электрической энергии – устройство, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического тока.

Количественной мерой электрического тока является сила тока – скалярная физическая величина, равная заряду dq переносимого сквозь поверхность S за малый промежуток времени dt (в единицу времени). Под S понимают поперечное сечение проводника.

Электрический ток называется постоянным, если его направление и сила не изменяются с течением времени: .

Направление тока определяется вектором плотности тока j. За направление тока условно принимают направление движения положительных зарядов.

– плотность тока численно равна отношению силы тока di сквозь малый элемент поверхности, перпендикулярный направлению тока, к величине этого элемента поверхности.

,

где α – угол между векторами n и j ;

dS = n dS.

di = dN_j – поток вектора j через площадку dS.

Тогда сила тока через произвольную поверхность S будет: – поток вектора j через поверхность S.

Для постоянного тока в однородном проводнике с поперечным сечением S:

I = jS .

Плотность тока в металле

,

где n – концентрация электронов проводимости, -е – заряд электрона; ‹V› – средняя скорость дрейфа электронов.