Электрический ток. Сила тока, плотность тока, напряжение, сопротивление

Вопросы.

Электрический ток. Сила тока, плотность тока, напряжение, сопротивление.

Вывод выражения для плотности тока. Закон Ома для участка цепи. Закон Ома дифференциальной форме.

Изучение закона Ома и определение удельного сопротивления нихромовой проволоки

То, что написано мелким шрифтом учить не нужно, только прочитать.

Электрический ток. Сила тока, плотность тока, напряжение, сопротивление.

Электрический ток – это явление направленного движения свободных носителей электрического заряда в веществе или в вакууме.

Для существования электрического тока необходимо: 1) наличие свободных носителей заряда; 2) электрическое поле, под действием которого заряды приобретают направленное движение. За положительное направление тока принимают направление движения положительных зарядов. Ток течёт от + к -, хотя движение электронов происходит в обратном направлении.

Для возникновения электрического тока должна быть создана электрическая цепь, состоящая из проводников. Если в проводнике отсутствует электрическое поле, то свободные носители заряда движутся в нём хаотически. При наличии электрического поля в проводнике на каждый заряд действует кулоновская сила . Кроме хаотического движения свободные носители заряда приобретают направленное движение. Работа по перемещению заряда А =∫ F d l (по определению элементарная работа равна скалярному произведению силы  на перемещение : , работа на конечном участке пути определяется интегрированием). Если напряжённость Е постоянна во всех точках проводника (поле однородно), то А = Fl = qEl.

Одной из основных величин, характеризующих элементы электрической цепи, является напряжение. Оно равно работе, которую совершают кулоновские и сторонние силы в проводнике при перемещении единичного положительного заряда между двумя точками электрической цепи A и B: U _AB= A / q. Единица измерения вольт, обозначение [В]. Сторонние силы действуют внутри источника тока, могут иметь различную природу (механическую – генератор, химическую – гальванические элементы, аккумулятор, электромагнитную – фотоэлемент, тепловую). Электродвижущая сила (ЭДС) равна работе, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда на рассматриваемом участке цепи.

Количественной характеристикой электрического тока является сила тока. Она равна заряду, протекающему через поперечное сечение провода в единицу времени I = q / t. Если ток является переменным, то мгновенное значение силы тока i =d q /d t. Единица измерения ампер, обозначение [А]. Сила взаимодействия, приходящаяся на единицу длины каждого из параллельных бесконечно длинных проводников . По определению при I ₁= I ₂=1 А и b =1 м сила F _ед=2*10^-7 H/м. В современных лабораториях 1 А точно определяется при помощи прибора ампер-весов.

Плотность тока равна отношению силы тока , проходящего через элементарную площадку , для которой вектор нормали совпадает с направлением движения положительных носителей заряда .

Сила тока через бесконечно малый элемент сечения проводника площадью : . Сила тока по проводнику конечного сечения площадью  определяется с помощью интегрирования .

Движение электронов под действием электрического поля тормозится вследствие столкновения с атомами или молекулами проводника. Электрический ток при этом уменьшается. Противодействие проводника направленному движению зарядов, т.е. электрическому току, называется электрическим сопротивлением проводника R. Единица измерения ом, обозначение [Ом]. Сопротивление проводника постоянного сечения ,  – удельное сопротивление,  – длина проводника,  – площадь сечения проводника.