§17.1. Основные понятия

Электрическим током, как правило, мы будем называть упорядоченное движение макроскопического количества несвязанного заряда. При этом в теории электрического тока понятия несвязанного и свободного заряда совпадают. Отсюда ясно, что ток может иметь место только в проводниках. Проводниками являются:

• металлы (носители несвязанного заряда  электроны)

• электролиты (носители  ионы, как положительные, так и отрицательные)

• плазма (носители  ионы и электроны).

Электрический ток характеризуется, прежде всего, вектором плотности тока, который по определению выражается как

.

Здесь п  концентрация носителей несвязанного заряда в данной точке проводника; q₀  заряд носителя;  скорость упорядоченного движения носителей или дрейфовая скорость в данной точке проводника. Поскольку, заряд носителя может быть как положительным, так и отрицательным, то вектор плотности тока может быть направлен как по дрейфовой скорости, так и против.

Вторая базовая характеристика электрического тока называется силой тока.

.

Здесь S  произвольная поверхность внутри проводника. То есть сила тока через произвольную поверхность внутри проводника  это поток вектора плотности тока через эту поверхность.

Рассмотрим подробнее скалярное произведение , гдеj_п  проекция вектора на направление. Умножим его на элементарный промежуток времени, в течение которого заряд протекает через поверхность:

,

где  объём проводника, занятый носителями, которые успеют пересечь поверхность dS за время dt (рис.17.1). Тогда  количество таких носителей, а  количество заряда, связанное с этими носителями. Следовательно,

Рис.17.1



 количество несвязанного заряда, пересекающего элементарную поверхность dS в единицу времени, или элементарный поток заряда. Отсюда понятно, что

.

Таким образом, можно дать другое определение силы тока: это поток заряда через данную поверхность или количество заряда, пересекающее её в одну сторону за единицу времени.

Электрический заряд не исчезает и не появляется, следовательно, если S  замкнутая поверхность, то количество заряда, ушедшее за пределы S, равно убыли заряда внутри неё:

.

Это уравнение называется уравнением неразрывности. В случае постоянного тока заряды нигде не накапливаются и не убывают с течением времени. Значит, при постоянном токе

.

Поскольку, боковые стенки проводника, являющегося участком цепи постоянного тока, не пересекаются зарядами, предыдущее равенство выполнится для любого участка цепи: поток заряда, втекающего в участок через один его торец, будет равен потоку заряда, вытекающего через другой. Следовательно, в цепи постоянного тока сила тока во всех поперечных сечениях цепи одинакова. Поперечным сечением называется поверхность, полностью перегораживающая проводник с током в каждой точке которой вектор плотности тока перпендикулярен поверхности.

Единица измерения силы тока в СИ называется ампером:

.