Плотность тока

Важным аспектом в электродинамике является практическое применение и изучение движущихся зарядов. Передвижение зарядов в веществе подразделяется на два вида: хаотичное движение и упорядоченное движение.

Хаотичное и ориентированное движение зарядов

Хаотичное и ориентированное движение зарядов

 Электрический ток

Ориентированное, или упорядоченное, перемещение электрических зарядов называется электрическим током. Направление передвижения электрического тока совпадает с направлением перемещения положительных зарядов и противоположно направлению движения отрицательных зарядов.

Ориентированное движение электронов в проводнике

Ориентированное движение электронов в проводнике

Виды электрического тока

  1. Электрические токи, которые были вызваны электрическими полями, называются токами проводимости. Для разных видов проводников свойственны свои частицы для переноса заряда, а именно:
  • электроток металлов представляет собой направленное перемещение свободных электронов;
  • в некоторых твердых телах и полупроводниках электроток образован за счет ориентированного передвижения ионов;
  • в электролитах или жидких проводниках электроток основан на движении положительно заряженных и отрицательно заряженных ионов в разносторонних направлениях.
  1. Электрические токи, спровоцированные инерционным перемещением свободных электронов, называются конвекционными или переносными токами;
  2. Существуют также электротоки в вакууме, представляющие собой потоки электронов в электронных лампах.

Ключевыми параметрами электрического тока выступают сила и плотность тока. Силой тока называется скалярная физическая величина, прямо пропорциональная заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за небольшой промежуток времени, и обратно пропорциональная длительности этого отрезка времени. А именно:

I=Δq/Δt, где:

  • q – элементарный заряд;
  • t – время (при условии, что отрезок времени Δt стремиться к нулю).

В природе существует два типа электрического тока: постоянный и переменный электроток.

Постоянным током называется такой электрический ток, при котором через любое сечение провода за равные промежутки времени проходит одинаковое количество электричества, и направление движения зарядов при этом не меняется. Согласно международной системе СИ, Ампер является единицей, в чем измеряется сила тока.

Требования для существования постоянного электрического тока:

  1. Наличие свободных носителей заряда;
  2. Наличие электрического поля;
  3. Наличие замкнутой цепи, предназначенной для циркуляции носителей заряда по замкнутой траектории.

Дополнительная информация. Для существования постоянного (непрерывного) электротока необходимо обеспечить на одном конце проводника постоянный избыток отрицательных зарядов, а на другом конце проводника – постоянный недостаток отрицательных зарядов. Поскольку в нормальном состоянии заряды являются нейтральными, то необходимо прилагать некую стороннюю силу для осуществления данного условия. Устройства, в которых сторонние силы переносят заряд против сил электростатического поля, называются источниками электротока.

Плотность электрического тока

Электрическому току свойственно неравномерное распространение по поверхности, при его протекании по проводнику.

Неравномерное распространение силы тока по поверхности

Неравномерное распространение силы тока по поверхности

Рассредоточение силы тока по поперечному сечению провода характеризуется плотностью электрического тока. Насыщенностью электротока j является векторная физическая характеристика, прямо пропорциональная электрическому заряду, проходящему через поперечное сечение проводника, и обратно пропорциональная промежутку времени, за который этот заряд протекает, и к площади диаметрального сечения проводника. Вектор плотности тока направлен вдоль оси электротока:

j=Δq/ΔtΔS, где:

  • j – плотность электрического тока;
  • S – площадь диаметрального сечения проводника;
  • q – элементарный заряд;
  • t – время (при условии, что отрезок времени Δt стремиться к нулю).

Поскольку отношение заряда ко времени его прохождения является силой тока, то выражение выглядит как:

j= I/ΔS.

Выразив силу тока и плотность тока через характеристики движущихся зарядов, справедлива формула:

j=nqV, где:

  • n – концентрация свободных электронов;
  • q – элементарный заряд;
  • V – скорость носителей заряда.

Измеряется плотность тока в единицах Ампер, деленный на квадратный метр (А/м2).

Изложенная информация объясняет, что такое плотность тока, электрический ток и сила тока. Также раскрыты виды электрического тока, условия протекания и единицы измерений рассмотренных величин.

Видео

Оцените статью:
Оставить комментарий