Что такое направление тока?

Закон ома для ПРОСТОГО УЧАСТКА цепи

Что такое электрический ток?

Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц.

Читатель: А что значит «упорядоченное»?

Рис. 10.1

Автор: Это значит, что если мы возьмем некоторую воображаемую поверхность, например, поперечное сечение проводника, то через нее переносится суммарный заряд отличный от нуля.

Если электроны совершают беспорядочное движение в куске металла, то переноса заряда не происходит (рис. 10.1,а). А если электроны движутся по проводнику как облако беспорядочно толкущейся мошкары, сносимой ветром в определенном направлении, то имеет место электрический ток (рис. 10.1,б).

Что такое направление тока?

Рис. 10.2

В металлах носителями зарядов являются электроны, и все они под действием электрического поля движутся в одном направлении. В электролитах же носителями зарядов являются положительные и отрицательные ионы, которые под действием электрического поля движутся в про­тивоположных направлениях навстречу друг другу (рис. 10.2). Поэтому для того, чтобы сказать, куда течет ток, необходимо договориться, направление движения каких зарядов (положительных или отрицательных) мы будем считать направлением тока.

Исторически сложилось так, что за направление тока условились считать направление движения положитель­но заряженных частиц.

Читатель: Но в металлах же нет свободных положитель­ных частиц!

Автор: Ну и что ж? Направление тока показывает, в ка­ком направлении двигались бы положительные части­цы в металле, если бы они там были свободными. Дело тут еще и в том, что физический эффект от движения отрицательных частиц в одном направлении точно та­кой же, как от движения таких же по величине заряда положительных частиц в противоположном направле­нии. Покажем это на простой схеме.

Допустим в некоторой точке А находится отрицательный заряд (рис 10.3,а), который затем перемещается в точку В (рис. 10.3,б). В результате этого перемещения оказывается, что в точке А никаких зарядов нет, а и точке В находится отрицательный заряд (рис. 10.3,в).

Рис. 10.3

Теперь посмотрим, что произойдет, если из точки В в точку А переместится положительный заряд.

Читатель: Как же из точки В в точку А может переместиться положительный заряд, если в точке В вообще нет никаких зарядов?

Автор: Но ведь мы всегда можем представить себе, что в точке В находятся одновременно два равных по величине заряда: положительный и отрицательный. Поскольку электрические поля, которые создают в окружающем пространстве эти два заряда, полностью ком­пенсируют друг друга, то, с чисто «электрической» точ­ки зрения, наличие этих двух зарядов в одной точке –все равно, что пустое место (рис. 10.4,а). Теперь пусть положительный заряд из точки В перемещается в точку А (рис. 10.4,б). После того, как положительный заряд попадет в точку А, где находится отрицательный заряд, эти два заряда компенсируют друг друга, и в точке А будет с «электрической» точки зрения пустое место (рис. 10.4,в).

Рис. 10.4

Теперь сравним рис. 10.3,в и 10.4,в. Как видим, они ничем друг от друга не отличаются, т.е. перемеще­ние отрицательного заряда из точки А в точку В при­вело к точно такому же результату, что и перемещение положительного заряда из точки В в точку А.

Действия тока

Читатель: Допустим, у нас есть проводник, про который неизвестно, течет по нему ток или нет. Например, провод в цепи, в которой есть выключатель. Но замкнута цепь или нет, неизвестно. Так вот, можно ли как-нибудь выяснить, есть ли в проводнике ток?

Автор: О наличии тока в проводнике можно узнать по действиям тока – тепловому, химическому и магнит­ному.

Тепловое действие тока состоит в том, что проводник, по которому течет ток, нагревается.

Химическое действие тока мы наблюдаем при электролизе. Например, при прохождении тока через раствор медного купороса на электроде осаждается медь.

Магнитное действие тока можно наблюдать в следующих явлениях.

Рис. 10.5

1. Расположенная вдоль проводника с током магнитная стрелка поворачивается перпендикулярно проводнику (рис. 10.5). (Это явление впервые было обнаружено в 1820 г. датским физиком Эрстедом.)

2. Если изолированную проволоку намотать на железный гвоздь, то он становится магнитом и притягивает железные опилки (рис. 10.6.)

Рис. 10.6 Рис. 10.7

3. Два расположенных рядом гибких проводника отталкиваются, если по ним текут токи в разных направлениях, и притягиваются, если токи направлены одинаково (рис. 10.7).

Сила тока

Количественной характеристикой электрического тока служит величина заряда, переносимого через рассматриваемую поверхность в единицу времени. Чем больше величина переносимого заряда, тем «сильнее» ток.

Силой тока (I) называется отношение величины переносимого через данную поверхность заряда Δq к промежутку времени Δt, в течение которого происходит перенос заряда:

, (10.1)

Вообще говоря, сила тока может изменяться со временем I = = I(t). Если сила тока со временем не меняется: I(t) = const, то такой ток называется постоянным.

Единица измерения силы тока – ампер (А). В Международной системе единиц (СИ) ампер считается основной единицей наряду с метром, секундой и килограммом.

Она определяется посредством магнитного взаимодействия параллельных токов.

Ампер равен силе неизменяющегося тока, который при прохождении по двум прямолинейным параллельным провод­никам бесконечной длины, и ничтожно малой площади кру­гового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на каждом уча­стке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2 ×10^–7 Н.

Заметим, что единица измерения заряда в СИ – кулон – не является основной единицей. Как следует из формулы (10.1),

[q] = [I] × [t] Þ Кл = А×с.

Плотность тока

Электрический ток может быть распределен по поверхности, через которую он течет, неравномерно. Более детально ток можно охарактеризовать с помощью вектора плотности тока .

Этот вектор по величине равен отношению силы тока ΔI через площадку ΔS, расположенную перпендикулярно к направлению тока, к площади этой площадки:

, (10.2)

За направление принимается направление вектора скорости упорядоченного движения положительных носителей заряда. Единица измерения: .

СТОП! Решите самостоятельно: А1, В1, В2.