2.2 Электрический ток проводимости

Электрическим током проводимости называется явление направленного движения свободных носителей электрического заряда в веществе или в вакууме.

Вещества, обладающие свойством проводить под действием не изменяющегося во времени электрического поля не изменяющийся по времени электрический ток, называются проводниками, а свойство проводников проводить электрический ток называется электропроводностью.

Электрический ток, длительное время не изменяющийся по величине и направлению, называется постоянным. Если ток с течением времени изменяется, то он называется переменным. В этом случае по оси ординат на графиках откладываются мгновенные значения тока, которые определяются изменениями заряда q за бесконечно малый промежуток времени:

(2.6)

Для постоянного тока I характерно изменение (перемещение) электрического заряда в одном направлении с одинаковой интенсивностью. Несмотря на движение заряженных частиц в проводнике, распределение зарядов в нём стационарно, так как в любом элементе объёма за некоторый промежуток времени заряд уходящих и входящих частиц одинаков.

Единица измерения электрического тока в Международной системе (СИ) – ампер (А). В практике применяют также производные от ампера: 1 килоампер (кА)=10³ А – для измерения больших токов; 1 миллиампер и 1 микроампер – для измерения малых токов.

2.3 Электрическое напряжение. Потенциал

Электрическое поле, связанное с движущимися заряженными частицами в проводнике, называется стационарным в отличие от электростатического, связанного с неподвижными заряженными частицами.

Заметим, что напряжённость электрического поля внутри проводников в статическом состоянии зарядов может быть только равной нулю Е=0. Иначе был бы ток и, следовательно, состояние зарядов не было бы статическим.

Электрический ток в проводнике и соответствующее ему стационарное электрическое поле нужно поддерживать, непрерывно пополняя энергию поля, которая расходуется в связи с движением заряженных частиц, превращаясь в тепло. Если частица с зарядом переносится в электрическом поле из точки а в точку b (рис. 2.1), то действующие на неё силы совершают работу , величина которой зависит от напряжённости поля Е, величины заряда и расстояния l, на которое переносится заряд :

Рис.2.1 Электрическое поле

С энергетической точки зрения поле вдоль рассматриваемого пути характеризуется работой, приходящейся на единицу заряда: Это отношение называется электрическим напряжением. При =1

Электрическое напряжение – это энергетическая характеристика поля, которая определяется как работа, совершаемая силами электрического поля при переносе заряда =1 Кл из точки a в точку b.

В общем случае напряжение равно линейному интегралу напряжённости электрического поля вдоль рассматриваемого пути из точки a в точку b.

(2.7)

Для равномерного поля с напряжением между двумя любыми точками:

(2.8)

Учитывая, что работа, совершаемая при перемещении заряженной частицы в электрическом поле, зависит от положения начальной и конечной точек пути, для практических расчётов вводят энергетическую характеристику поля в каждой точке, величина которой является функцией положения точки. Такой характеристикой является электрический потенциал.

Напряжение между двумя точками электрического поля равно разности потенциалов поля в этих точках:

(2.10)

Полагая приведём другое определение электрического потенциала.

Электрический потенциал – это работа, которую потребуется затратить электрическому полю для перемещения единичного положительного заряда из данной точки поля в точку с нулевым потенциалом.

Теоретически точкой с нулевым потенциалом полагают точку бесконечно удалённую в пространстве. При решении практических задач, относящихся к электрическим установкам, за нулевой потенциал принимают потенциал земли.

Единица электрического напряжения и потенциала – вольт:

Применяются также производные от вольта: 1 киловольт (кВ)=10³ В; 1 милливольт ; 1 микровольт

Знак напряжения определяется направлением сил электрического поля, действующего на положительный заряд. Направление указывается стрелкой (→) или знаками (+ –).