Іі Тұрақты ток заңдары

2.1 Электр тогы, ток күші және ток тығыздығы

Зарядталған бөлшектердің бағытталған қозғалысы электр тогы деп аталады. Егер өткізгіште электр өрісін тудырса, онда оң зарядтар өріс бағытымен, теріс зарядтар өріске қарама-қарсы қозғала бастайды да өткізгіште өткізгіштік ток деп аталатын электр тогы пайда болады. Егер зарядтардың бағытталған қозғалысы кеңістікте зарядталған макроскопиялық денелердің орын ауыстыруы арқылы жүзеге асырылатын болса, онда конвекциялық ток пайда болады.

Тізбекте үнемі электр тогы болуы үшін біріншіден еркін зарядталған бөлшектер болуы қажет, екіншіден зарядтардың бағытталған қозғалысын тудыратын электр өрісі болуы керек. Токтың бағытына шартты түрде оң зарядталған бөлшектердің қозғалыс бағыты алынады.

Электр тогын сан жағынан сипаттау үшін, бірлік уақытта өткізгіштің көлденең қимасы арқылы өтетін электр зарядтары, яғни ток күші деген скалярлық шама енгізіледі:

(1)

Егер ток күші мен бағыты уақытқа байланысты өзгермейтін болса, онда ол тұрақты ток деп аталады. Тұрақты ток үшін:

(2)

Ток күшінің өлшем бірлігіне Ампер алынады. Электр тогы өзі өткен бет бойынша біркелкі таралмауы мүмкін. Бұл жағдайда ток тығыздығының векторы деген шама енгізіледі. Ток тасымалдаушылардың бағытына перпендикуляр өткізгіштің бірлік көлденең қимасы арқылы өтетін ток күші ток тығыздығы деп аталады:

(3)

Ток күші мен тығыздығын заряд тасымалдаушылардың бағытталған қозғалысының жылдамдығы арқылы өрнектеуге болады. Егер заряд тасымалдаушылардың заряды е, концнетрациясы n болса, онда dt уақытта өткізгіштің көлденең қимасы S арқылы

(4)

заряд тасымалданады.

(5)

Ток тығыздығы

(6)

Ток тығыздығы векторының бағыты оң заряд тасымалдаушылардың бағытталған қозғалысының бағытымен сәйкес келеді. Ток тығыздығының өлшем бірлігі (А/м²).

Кез-келген S беті арқылы өтетін ток күші

(7)

2.2 Тосын күштер. Электр қозғаушы күші және кернеу

Егер тізбекте потенциалдар айырымын тудыратын болсақ, онда заряд тасымалдаушылар электростатикалық өріс күштерінің әсерінен тізбектің потенциалы жоғары бөлігінен төменгі бөлігіне потенциалдар айырымы теңелгенше қозғалады. Потенциалдар айырымы теңелген соң зарядтардың қозғалысы тоқталады. Тізбекте үнемі ток алу үшін, тұрақты потенциалдар айырымын ұстап тұратын табиғаты электростатикалық емес күштермен әсер ету қажет.

Мұндай қондырғылар ток көздері болып табылады. Ток көздері тарапынан зарядтарға әсер ететін табиғаты электростатикалық емес күштер тосын күштер деп аталады.

Тосын күштер өрісінің әсерінен зарядталған бөлшектер ток көзінің ішінде электростатикалық өріске қарсы қозғалады да, тізбектің ұштарында тұрақты потенциалдар айырымы пайда болып, тізбекте үнемі тұрақты ток жүреді. Зарядталған бөлшектерді тізбек бойымен қозғалту үшін тосын күштер жұмыс жасайды. Бірлік оң зарядты тұйық тізбек бойымен қозғалту үшін тосын күштердің жасайтын жұмысы электр қозғаушы күші деп аталады.

Е= (8)

Электр қозғаушы күш тосын күштердің сипаттамасы болып табылады. Э.Қ.К. өлшем бірлігіне Вольт алынады.

Тосын күштер

(9)

Е_т-тосын күштер өрісінің кернеулігі.

Тұйық тізбекте заряд тасымалдаушылар орын ауыстырғанда тосын күштердің жасайтын жұмысы:

(10)

Теңдіктің екі жағында q-ге бөлсек, онда тізбекке әсер ететін Э.Қ.К. аламыз.

Е (11)

Тұйық тізбекке әсер ететін Э.Қ.К. тосын күштер өрісінің циркуляциясы ретінде анықталады.

Тізбектің 12 бөлігіне әсер ететін Э.Қ.К.

Е (12)

Тізбекте қозғалатын q зарядқа тосын күштерден басқа электростатикалық өріс күштері де әсер етеді. Сөйтіп, әрбір q зарядқа әсер ететін қорытқы күш.

(13)

Тізбектің 12 бөлігіндегі қорытқы күштің жұмысы

(14)

Е₁₂ және екенін ескерсек

A₁₂ = qЕ₁₂ + q (₁-₂) (15)

Тұйық тізбек үшін электростатикалық өріс күштерінің жұмысы нольге тең, олай болса:

A₁₂ = qЕ₁₂ (16)

Тізбектің 12 бөлігіндегі кернеуі деп, тізбектің берілген бөлігінде бірлік оң зарядты қозғалту үшін электростатикалық және тосын күштердің жасайтын жұмысын айтады.

U₁₂ = ₁ - ₂ + Е₁₂ (17)

Егер Е₁₂=0 болса, онда U₁₂ = ₁ - ₂ болады.