 |
|
Сила и плотность тока
Основная статья: Сила тока
Силой тока называется физическая величина, равная отношению количества заряда, прошедшего за некоторое время через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени.
Сила тока в Международной системе единиц (СИ) измеряется в амперах.
По закону Ома сила тока 
для участка цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению 
к участку цепи и обратно пропорциональна сопротивлению 
проводника этого участка цепи :
Плотностью тока называется вектор, модуль которого равен отношению силы тока, протекающего через некоторую площадку, перпендикулярную направлению тока, к величине этой площадки, а направление вектора совпадает с направлением движения положительного заряда в токе.
Согласно закону Ома плотность тока в среде 
пропорциональна напряжённости электрического поля 
и проводимости среды 
:
Мощность
При наличии тока в проводнике совершается работа против сил сопротивления. Эта работа выделяется в виде тепла. Мощностью тепловых потерь называется величина, равная количеству выделившегося тепла в единицу времени. Согласно закону Джоуля — Ленца мощность тепловых потерь в проводнике пропорциональна силе протекающего тока и приложенному напряжению:
Мощность измеряется в ваттах
В сплошной среде объёмная мощность потерь 
определяется скалярным произведением вектора плотности тока и вектора напряжённости электрического поля в данной точке:
Объёмная мощность измеряется в ваттах на кубический метр.
Ток смещения
Основная статья: Ток смещения (электродинамика)
Иногда для удобства вводят понятие тока смещения. По определению, плотность тока смещения 
— это векторная величина, равная быстроте изменения электрического поля во времени:
Дело в том, что при изменении электрического поля, также как и при протекании тока, происходит генерация магнитного поля, что делает эти два процесса похожими друг на друга. Кроме того, изменение электрического поля обычно сопровождается переносом энергии. Например, при зарядке и разрядке конденсатора, несмотря на то, что между его обкладками не происходит движения заряженных частиц, говорят о протекании через него тока смещения, переносящего некоторую энергию и своеобразным образом замыкающего электрическую цепь. Ток смещения 
в конденсаторе определяется по формуле:
,
где 
— заряд на обкладках конденсатора, — разность потенциалов между обкладками, 
— ёмкость конденсатора.
Ток смещения не является электрическим током, поскольку не связан с перемещением электрического заряда
 ,
| (7.6.3) |
это запись закона Ома в дифференциальной форме.
Здесь 
– удельная электропроводность.
Размерность σ – [ 
].
Плотность тока можно выразить через заряд электрона е, количество зарядов n и дрейфовую скорость 
:
.
Обозначим 
, тогда 
;
| (7.6.4) |
Теперь, если удельную электропроводность σ выразить через е, n и b: 
то вновь получим выражение закона Ома в дифференциальной форме:
Если в проводнике течет постоянный ток и проводник остается неподвижным, то работа сторонних сил расходуется на его нагревание. Опыт показывает, что в любом проводнике происходит выделение теплоты, равное работе, совершаемой электрическими силами по переносу заряда вдоль проводника. Если на концах участка проводника имеется разность потенциалов 
, тогда работу по переносу заряда q на этом участке равна 
По определению I= q/t. откуда q= I t. Следовательно 
Так как работа идет па нагревание проводника, то выделяющаяся в проводнике теплота Q равна работе электростатических сил
| (17.13) |
Соотношение (17.13) выражает закон Джоуля-Ленца в интегральной форме. Введем плотность тепловой мощности 
, равную энергии выделенной за единицу время прохождения тока в каждой единице объема проводника
где S - поперечное сечение проводника, 
- его длина. Используя (1.13) и соотношение 
, получим 
Но 
- плотность тока, а 
, тогда
с учетом закона Ома в дифференциальной форме 
, окончательно получаем
| (17.14) |
Формула (17.14) выражает закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме: объемная плотность тепловой мощности тока в проводнике равна произведению его удельной электрической проводимости на квадрат напряженности электрического поля.
48.Электри́ческая цепь — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение.
Изображение электрической цепи с помощью условных знаков называют электрической схемой