Постійний електричний струм
Електродинаміка - розділ вчення про електрику, в якому розглядаються явища і процеси, обумовлені рухом електричних зарядів або макроско-пическое заряджених тел. Найважливішим поняттям в електродинаміки є поняття електричного струму.
Електричний струм, сила і щільність струму
Електричним струмом називається будь-який спрямоване (впорядковане) рух електричних зарядів. У провіднику під дією прикладеного електричного поля Е вільні електричні заряди переме частішають: позитивні - по полю, негативні-тільні - проти поля (ріс.14.1, а).
Таким чином в провід-ніку виникає електрич-чес-кий струм, званий струмом провідності. Якщо ж впорядкований рух елект-рических зарядів здійснюється переміщенням в просторі зарядженого мак-роскопіческого тіла (ріс.14.1, б), то мож-ника так званий конвекційний струм.
Для виникнення і існування електричного струму необхідно, з одного боку, наявність вільних носіїв струму - заряджених частинок, здатних переме-тися впорядковано, а з іншого - наявність електричного поля, енергія якого, якимось чином заповнити, витрачалася б на їх впорядкований рух.
За напрямок струму умовно приймають напрямок руху позитивних зарядів.
Кількісною мірою електричного струму служить сила токаI. Це-скалярна фізкабінет-чна величина. Вона визначається електричним зарядом, що проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу:
Якщо сила струму і його напрям не змінюються з часом, то такий струм називається постійним. Для постійного струму
де Q - електричний заряд, що проходить за час t через поперечний переріз провід-ника. Одиниця сили струму - ампер (А).
Фізична величина, яка визначається силою струму, що проходить через одиницю площа-ді поперечного перерізу провідника, перпенд-кулярного напрямку струму, називається щільністю струму:
Висловимо силу і щільність струму через швидкість упорядкованого руху зоря-дів в провіднику. Якщо концентрація носи-телей струму дорівнює n і кожен носій має елементарний заряд е (що не обов'язково для іонів), то за час dt через поперечний переріз S провідника переноситься заряд. Сила струму
А щільність струму
Щільність струму - вектор, орієнтований-ний у напрямку струму. Одиниця щільності струму - ампер на метр в квадраті (А / м 2).
Сила струму крізь довільну поверх-ність S визначається як потік вектора j. тобто
Якщо в ланцюзі на носії струму діють тільки сили електростатичного поля, то відбувається переміщення носіїв (вони передбачаються позитивними) від точок з великим потенціалом до точок з меншим потенціалом. Це призведе до вирівнюва-нию потенціалів у всіх точках ланцюга і до зникнення електричного поля. Тому для існування постійного струму необхідна наявність в ланцюзі пристрою, спосіб-ного створювати і підтримувати раз-ність потенціалів за рахунок роботи сил неелект-ростатіческого походження. Такі пристрої називаються джерелами струму. Сили неелектростатіческого від-ходіння, що діють на заряди з боку источ-ників струму, називаються сторонніми.
Природа сторонніх сил може бути різною. Наприклад, в гальванічних елементах вони виникають за рахунок енергії хімічних реакцій між електродами і електролітами; в генераторі - за рахунок механічної енергії обертання ротора генератора і т.п. Роль джерела струму в електричному ланцюзі, образно кажучи, така ж, як роль насоса, який необхідний для перекачування рідини в гідравлічній системі.
Під дією створюваного поля сторонніх сил електричні заряди рухаються всередині джерела струму проти сил електростатичного поля, завдяки чому на кінцях ланцюга підтримується різниця потенціалів і в ланцюзі тече постійний електричний струм.
Сторонні сили здійснюють роботу по переміщенню електричних зарядів.