Сила тока. Плотность тока. Разность потенциалов. ЭДС. Напряжение

Сила тока. Плотность тока. Разность потенциалов. ЭДС. Напряжение - №1 - открытая онлайн библиотека Количественной мерой электрического тока служит сила тока – скалярная физическая величина, равная отношению заряда Δq, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени Δt, к этому интервалу времени:

Сила тока. Плотность тока. Разность потенциалов. ЭДС. Напряжение - №2 - открытая онлайн библиотека

Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется постоянным.

Плотность тока - векторная физическая величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через единицу площади. Например, при равномерном распределении плотности:

Сила тока. Плотность тока. Разность потенциалов. ЭДС. Напряжение - №3 - открытая онлайн библиотека тока по сечению Сила тока. Плотность тока. Разность потенциалов. ЭДС. Напряжение - №4 - открытая онлайн библиотека проводника Сила тока. Плотность тока. Разность потенциалов. ЭДС. Напряжение - №5 - открытая онлайн библиотека .

В общем случае:

Сила тока. Плотность тока. Разность потенциалов. ЭДС. Напряжение - №6 - открытая онлайн библиотека

где jn - нормальная (ортогональная) составляющая вектора плотности тока по отношению к элементу площади dS.

В линейной и изотропной проводящей среде плотность тока связана с напряжённостью электрического поля в данной точке по закону Ома:

Сила тока. Плотность тока. Разность потенциалов. ЭДС. Напряжение - №7 - открытая онлайн библиотека

где Сила тока. Плотность тока. Разность потенциалов. ЭДС. Напряжение - №8 - открытая онлайн библиотека - удельная проводимость среды [1/Oм·м], Сила тока. Плотность тока. Разность потенциалов. ЭДС. Напряжение - №9 - открытая онлайн библиотека - напряжённость [В/м]

Если двум изолированным друг от друга проводникам сообщить заряды q1 и q2, то между ними возникает некоторая разность потенциалов Δφ, зависящая от величин зарядов и геометрии проводников. Разность потенциаловΔφ между двумя точками в электрическом поле часто называют напряжением и обозначают буквой U. Наибольший практический интерес представляет случай, когда заряды проводников одинаковы по модулю и противоположны по знаку: q1 = – q2 = q. В этом случае можно ввести понятие электрической емкости.

Электродвижущая сила (ЭДС) - физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.

ЭДС можно выразить через напряжённость электрического поля сторонних сил (Eex). В замкнутом контуре (L) тогда ЭДС будет равна:

Сила тока. Плотность тока. Разность потенциалов. ЭДС. Напряжение - №10 - открытая онлайн библиотека где dl - элемент длины контура.

ЭДС так же, как и напряжение, измеряется в вольтах. Можно говорить об электродвижущей силе на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил не во всем контуре, а только на данном участке. ЭДС гальванического элемента есть работа сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому. Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории. Так, например, работа сторонних сил при перемещении заряда между клеммами тока вне самого источника равна нулю.

Величина, равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда в цепи, называется электродвижущей силой (ЭДС), действующей в цепи:

Сила тока. Плотность тока. Разность потенциалов. ЭДС. Напряжение - №11 - открытая онлайн библиотека

Стороннюю силу, действующую на заряд, можно представить в виде:

Сила тока. Плотность тока. Разность потенциалов. ЭДС. Напряжение - №12 - открытая онлайн библиотека

При перемещении единичного положительного заряда по некоторому участку цепи работу совершают как электростатические (кулоновские), так и сторонние силы. Работа электростатических сил равна разности потенциалов Δφ12 = φ1 – φ2 между начальной (1) и конечной (2) точками неоднородного участка. Работа сторонних сил равна по определению электродвижущей силе 12, действующей на данном участке. Поэтому полная работа равна

U12 = φ1 – φ2 + Сила тока. Плотность тока. Разность потенциалов. ЭДС. Напряжение - №13 - открытая онлайн библиотека 12.

Величину U12 принято называть напряжением на участке цепи 1–2. В случае однородного участка напряжение равно разности потенциалов:

U12 = φ1 – φ2.