Сила тока

Шаблон:Значения Шаблон:Физическая величина Шаблон:Электродинамика Сила тока, или просто ток — скалярная физическая величина, равная отношению электрического заряда $dQ$, прошедшего через определённую поверхность за бесконечно малый промежуток времени $dt$, к длительности этого промежуткаШаблон:SfnШаблон:Sfn:

$I=\frac{dQ}{dt}$

В качестве поверхности обычно рассматривается сечение проводника.

Выбор буквенного обозначения соответствует французскому названию величины (Шаблон:Lang-fr); реже используется символ $J$.

Сила тока в Международной системе единиц (СИ) измеряется в амперах (обозначение: А), ампер является одной из семи основных единиц СИ. 1 А = 1 Кл/с.

Понятие силы тока широко используется в задачах электротехники и схемотехники. Величина $I$ входит в закон Ома для участка цепи.

Несмотря на наличие слова «сила» в наименовании понятия, сила тока не является силой ни по смыслу, ни по размерности.

Сила тока и плотность тока

Сила тока связана с плотностью тока через соотношение

$I=\int \overrightarrow{j}\cdot d\overrightarrow{S}$.

Точка означает скалярное произведение, $d\overrightarrow{S}$ — векторный элемент площадки (элемент площади поверхности $dS$, домноженный на единичный вектор нормали к ней ${\overrightarrow{e}}_n$) а интегрирование выполняется по всей площади сечения. В простейшем случае, когда ток течёт равноплотно, а сечение перпендикулярно плотности тока (то есть $\overrightarrow{j}\parallel {\overrightarrow{e}}_n$) будет $I=jS$.

Силой тока чаще оперируют в технических приложениях, а плотностью тока — в физических задачах, посвящённых анализу поведения носителей заряда.

Происхождение тока

За протекание тока ответственно упорядоченное движение заряженных частиц, в роли которых обычно выступают электроны, ионы или дырки. Плотность тока представляет собой плотность потока этих частиц. Она зависит от их заряда $q$, концентрации $n$ и средней скорости упорядоченного движения ${\overrightarrow{v}}_{av}$. Если наличествует только один сорт частиц, то $\overrightarrow{j}=qn{\overrightarrow{v}}_{av}$. Сила тока является потоком вектора $\overrightarrow{j}$.

Постоянный и переменный ток

Если $I$ не меняется со временем, ток называется постоянным, а при наличии зависимости $I(t)$ — переменным.

В случае переменного тока различают мгновенную силу тока $I=dQ/dt$, среднюю (за некоторый конечный промежуток времени $\mathrm{\Delta }t$) силу тока $I_{av}=\mathrm{\Delta }Q/\mathrm{\Delta }t$, амплитудную (пиковую) силу тока $I_m$ и эффективную силу тока (равную силе постоянного тока, который выделяет такую же мощность) $I_{eff}=(T^{-1}\int I^2(t)dt{)}^{1/2}$, где $T$ — достаточно большое время интегрирования.

Закон Ома

По закону Ома сила тока $I$ для участка цепи пропорциональна приложенному к участку цепи напряжению $U$ и обратно пропорциональна сопротивлению $R$ проводника этого участка цепи:

$I=\frac{U}{R}$.

По закону Ома для полной цепи,

$I=\frac{\epsilon }{R+r}$,

где $r$ — внутреннее сопротивление источника электродвижущей силы $\epsilon$.

Мощность, выделяемая на омической нагрузке, рассчитывается как

$P=UI$.

Пользуясь законом Ома, её можно выразить через другие величины. На представленной здесь круговой диаграмме представлена взаимосвязь величин $U$, $I$, $R$ и $P$.

Измерение силы тока

Для измерения силы тока используют специальный прибор — амперметр (для приборов, предназначенных для измерения малых токов, также используются названия миллиамперметр, микроамперметр, гальванометр). Его включают в разрыв цепи в том месте, где нужно измерить силу тока. Основные методы измерения силы тока: магнитоэлектрический, электромагнитный и косвенный (путём измерения вольтметром напряжения на известном сопротивлении).

Литература

• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга