Физический смысл силы тока

Сила тока – первая производная от заряда по времени.
В дальнейшем мы будем говорить о постоянном токе, поэтому в качестве основного ур-я силы будем принимать:

(10), где I – сила тока, протекающего на данном участке цепи, Q – кол-во электричества, прошедшего через поперченное сечение проводника, t – промежуток времени, в течение которого заряд прошел через данное поперечное сечение.
Ур-е 10 позволяет вывести:
СИ
Q=1кл
T=с
I=?

Сила тока в один ампер – основная единица, ее определение дается через магнитное взаимодействие, которое утверждает:
1А – сила такого неизменяющегося тока, который, протекая по двум бесконечно длинным проводникам, расположенным в вакууме, на каждый метр длины вызывает силу взаимодействия 2*10^-7Н.

Применяя основные положения электронной теории получим ур-е для определения силы тока в цепи:





Решая совместно ур-я 10-14, получим ур-е силы тока на основе электронной теории.



Из ур-я 15 видно, что для данного проводника сила тока зависит от скорости





На практике силу тока измеряют амперметром, в эл цепь он включается последовательно.

В практике важно не только сколько зарядов проходит через сечение, а и как распределяется заряд в зависимости поперечного сечения. Количественно распределение заряда от площади поперечного сечения определяется величиной плотности тока (j-йод).




В уравнение подставим ур-е силы тока на основе эл теории:

Из ур-я найдем чему равна средняя скорость упорядоченного движения электронов в проводнике, когда идет ток

Определим величину скорости направленного движения

Упорядоченное движение любых заряженных частиц – электрический ток.
Для существования тока необходимо:
1 наличие свободных заряженных частиц на всех участках цепи
2 наличие разности потенциалов на концах проводника => наличие напряженности поля внутри проводника и силы, действующей на заряж. Частицы
3 наличие электродвижущей силы источника тока
Внутри любого источника тока происходит разделение зарядов, в результате чего на концах проводника создается и существует постоянная во времени разность потенциалов.
Силы, которые разделяют заряды внутри источника называется сторонними, не электрическими. Величина электродвижущей силы источника тока измеряется отношением работы сторонних сил к величине перемещаемого заряда внутри источника тока от одного зажима к другому.

Количественно электрический ток характеризуется следующими величинами – силой тока и плотностью тока.
Сила тока (I) – скалярная физ. величина показывающая сколько заряженных частиц прошло через поперечное сечение проводника за определенный промежуток времени.
Согласно данного определения силы тока среднее значение определяется ур-ем:


За любые равные промежутки времени через поперечное сечение проводника проходит одно и то же кол-во электричества, то такое ток – постоянный, и силы его:

Если через поперечное сечение проводника за любые неравные промежутки времени проходит разное кол-во электричества, то такое ток – изменяющийся и его мгновенное значение есть первая производная от заряда по времени.

Теория, объясняющая различные электрические, тепловые, магнитные и оптические явления на основе того, что во всех веществах есть электроны – отрицательные заряженные частицы, а в металлах они свободны, называется электронной.
В одном кубическом сантиметре любого металла в среднем свободных электронов 10^22

В основу электронной теории положены два утверждения, гласящие:
1 Во всех металлах есть свободные электроны
2 Электроны находятся в непрерывном хаотичном движении
3 Хаотичность движения электронов говорит о строгой закономерности кол-ва их движения
4 Хаотичное движение электронов позволяет скорость их теплового движения

Известно, что величина кинетической энергии любой частицы определяется ур-ем:

Из молекулярно-кинетической теории, величина кинет. энергии:

Левые части ур-й равны, приравниваем правые части:


Подставляя числовые значения в ур-е 3, определим величину средней скорости теплового движения электронов в проводнике.

Если на концах проводника мы создадим разность потенциалов, то внутри проводника будет существовать электр. поле вектор напряженности, т.к. свободными заряженными частицами являются электроны, то попав в Эл. Поле они движутся против вектора напряженности, так как на них действует Эл. Сила, и под ее действием электроны начинают двигаться упорядоченно.