Связь между плотностью тока и скоростью движения

Свободных зарядов

Учитывая что, направление вектора совпадает с направлением скорости зарядов , для плотности тока можно записать:

.

Сторонние силы, электродвижущая сила и напряжение

Для существования постоянного тока необходимы источники тока – устройства, способные создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектростатического происхождения – сторонних сил.

Количественной характеристикой сторонних сил является напряженность поля сторонних сил , определяемая сторонней силой , действующей на единичный положительный заряд q.

Энергетической характеристикой источника тока является электродвижущая сила (ЭДС) ε.

Электродвижущая сила – скалярная физическая величина, численно равная работе, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного электрического заряда по замкнутой цепи:

.

Эта работа совершается за счет энергии, затрачиваемой в источнике тока, поэтому величину ε, можно назвать электродвижущей силой источника тока, включенного в цепь. Единицей измерения ЭДС, как и потенциала, является вольт.

Участок цепи, на котором не действуют сторонние силы, называется однородным. Участок, на котором на носители тока действуют сторонние силы, называется неоднородным.

Работа сторонних сил по перемещению заряда q₀ на замкнутом участке цепи:

.

Из этого выражения заключаем, что ЭДС действующая в замкнутой цепи – это циркуляция вектора напряженности поля сторонних сил:

.

Следовательно, для поля сторонних сил циркуляция его напряженности по замкнутому контуру не равна нулю. Поэтому поле сторонних сил – непотенциально.

ЭДС, действующая на участке цепи «1–2», равна:

.

Если на заряд q₀ действуют как сторонние силы, так и силы электростатического поля, то результирующая сила, действующая на заряд, записывается в виде:

.

Тогда работа результирующей силы по перемещению заряда q₀ на участке цепи «1–2»:

.

Для замкнутой цепи работа электростатических сил равна нулю, поэтому:

.

Напряжением U на участке цепи «1–2» называется скалярная физическая величина, численно равная суммарной работе совершаемой электростатическими и сторонними силами по перемещению единичного положительного заряда на данном участке цепи:

.

Понятие напряжения является обобщением понятия разности потенциалов: напряжение на концах участка цепи равно разности потенциалов, если участок не содержит источника тока (то есть на участке отсутствуют источники тока). Единицей измерения напряжения является вольт.