Сила и плотность тока

Электрическим током называется любое упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов q. В проводнике под действием приложенного электрического поля Е свободные электрические заряды перемещаются: положительные — по полю, отрицательные — против поля, т.е. в проводнике возникает электрический ток, называемый током проводимости.

За направление электрического тока условно принимают направление движения положительных зарядов. Носителями электричества в проводниках–металлах являются электроны, в полупроводниках – электроны «дырки», в жидких электронах ионы, в газах ионы и электроны.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I — скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени:

.

Ток, сила и направление которого не изменяется со временем, называется постоянным. Для постоянного тока сила тока I есть величина постоянная, поэтому

.

Единица силы тока — ампер (А). Физическая величина, определяемая величиной тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока, называется плотностью тока:

, а для постоянного тока .

Выразим силу и плотность тока через скорость упорядоченного движения зарядов в проводнике металле. Если концентрация носителей тока равна n и каждый носитель имеет элементарный заряд е, то за время через поперечное сечение S проводника переносится заряд . Сила тока

,

а плотность тока

.

Плотность тока — вектор, ориентированный по направлению тока, т.е. направление вектора совпадает с направлением упорядоченного движения положительных зарядов. Единица плотности тока - (А/м²).

Сила тока сквозь произвольную поверхность S определяется как поток вектора , т.е.

,

где dS = dS ( — единичный вектор нормали к площадке dS, составляющей с вектором угол a).