Физика

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц (свободных электронов в металлах, электронов и «дырок» в полупроводниках, положительных и отрицательных ионов в электролитах, электронов и ионов в газах) под действием электрического поля.

Носителями электрического тока являются:

• в металлах — свободные электроны;
• в полупроводниках — электроны и «дырки»;
• в электролитах — положительные и отрицательные ионы;
• в газах — электроны и ионы.

Сила тока — это скалярная физическая величина, определяемая отношением заряда, переносимого через поперечное сечение проводника за некоторый интервал времени, к этому интервалу:

$I=\underset{\Delta t\to 0}{\lim }\frac{\Delta q}{\Delta t}$,

где Δq — заряд (количество электричества), перенесенный носителями тока через поперечное сечение проводника за промежуток времени Δt.

В Международной системе единиц сила тока измеряется в амперах (1 А).

Ток является постоянным, если его сила не изменяется с течением времени.

За направление тока условно принято направление движения положительных зарядов.

Плотность тока — это векторная физическая величина, равная по модулю отношению силы тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока:

$j=\frac{I}{S}$,

где I — сила тока; S — площадь поперечного сечения проводника, расположенного перпендикулярно скорости носителей тока.

В Международной системе единиц плотность тока измеряется в амперах, деленных на квадратный метр (1 А/м²).

Сопротивление проводника определяется размерами проводника, а также свойствами материала, из которого он изготовлен:

$R=\rho \frac{l}{S}$,

где ρ — удельное сопротивление материала проводника; l — длина проводника; S — площадь поперечного сечения проводника.

В Международной системе единиц сопротивление проводника измеряется в омах (1 Ом).

Электродвижущая сила (ЭДС) — это скалярная физическая величина, равная работе, совершаемой сторонними силами (силами некулоновского происхождения) по перемещению единичного положительного заряда:

$ℰ=\frac{A_{\text{ст}}}{q}$,

где A _ст — работа сторонних сил по перемещению заряда q.

В Международной системе единиц электродвижущая сила (ЭДС) источника тока измеряется в вольтах (1 В).

Напряжение — это скалярная физическая величина, равная суммарной работе кулоновских и сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда:

$U=\frac{A_{\text{ст}}+A_{\text{кул}}}{q}$,

где A _кул — работа кулоновских сил по перемещению заряда q.

В Международной системе единиц напряжение измеряется в вольтах (1 В).

Между ЭДС и напряжением существует связь, определяемая формулой

U = ℰ + ϕ₁ − ϕ₂,

где ϕ₁ — потенциал точки поля, в которой первоначально находился заряд; ϕ₂ — потенциал точки поля, в которую заряд переместился под действием кулоновских и сторонних сил.

Закон Ома ( для полной цепи): сила тока в неразветвленной замкнутой цепи, содержащей источник тока, прямо пропорциональна электродвижущей силе этого источника тока и обратно пропорциональна сумме внешнего и внутреннего сопротивлений данной цепи:

$I=\frac{ℰ}{R+r}$,

где R — сопротивление внешней цепи; r — внутреннее сопротивление источника тока.

Закон Джоуля — Ленца: количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении электрического тока, прямо пропорционально сопротивлению проводника, квадрату силы тока и времени протекания тока через проводник:

Q = I ²Rt,

где R — сопротивление проводника; t — время прохождения электрического тока.