Законы сохранения в механике статика и гидродинамика механические колебания и волны основы термодинамики

Тема 36.
СИЛА ТОКА И ПЛОТНОСТЬ ТОКА.
ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА.
Если через поперечное сечение проводника за равные промежутки 
времени в равном количестве протекают заряды, считается, что через 
проводник проходит постоянный ток.
Физическая величина, измеряемая отношением количества зарядов, 
протекающих через поперечное сечение проводника, к промежутку 
времени течения заряда, называется силой тока:
 
 
 
 
 
I =
 
q
t
. 
(8.7)
Одной из основных характеристик электрического тока является 
плотность тока (
j
). Плотностью тока называется физическая величина, 
измеряемая отношением силы тока 
I
к площади поперечного сечения 
S
, 
перпендикулярного к течению тока:
j = 
I
S
.
(8.8)
Единица измерения плотности тока 
A
M
2
.
Силу тока можно выразить в виде
I = ne
u
ср.
S
Здесь: 
n
– концентрация носителей заряда; 
e
– заряд электрона; 
u
ср.
– средняя скорость упорядоченного движения заряженных частиц; 
S
– поперечное сечение проводника, проводящего ток.

---

137
В таком случае плотность тока:
 
j
= 
I
S
= 
ne
u
ср.
S
S
= 
ne
u
ср.
(8.9)
Произведение 
ne
характеризует плотность заряда (заряд в единице 
объема). Отсюда следует: 
j
= 
r
e
u
ср.
.
Плотность тока является векторной величиной, которая направлена в 
соответствии со скоростью (
u
ср.
) положительной частицы.
Плотность тока в проводнике показывает, на сколько проводник 
загружен электрической энергией. Чтобы сэкономить и не допустить 
лишнего перерасхода в проводнике, нужно выбирать оптимальную 
плотность тока.
Хотя материал проводника не влияет на величину плотности тока, в 
технике выбор делают по удельному сопротивлению и длине проводника. 
Проводники, используемые в бытовых целях, выбирают для экономного 
режима тока.
Применяемые в жилых домах провода не должны быть длинными, 
и для экономии плотности тока берутся в пределе 6–15 А/мм
2
. Медный 
провод диаметром 1,78 мм
2
(2,5 мм
2
) с изоляцией из ПВХ, размещенный 
под штукатуркой стены, может выдержать ток силой 30 
А
и даже 50 
А
.
На линиях передачи электричества используется экономная плотность 
тока примерно 1–3,4 А/мм
2
. В электрических машинах, работающих в 
промышленных частотах (50 Гц) и трансформаторах это значение лежит в 
пределах от 1 до 10 А/мм
2
.
При изучении электрического тока в жидкостях вы узнали, что 
электроды нагреваются. Значит, при прохождении электрического тока 
в некоторых средах происходят химические изменения. Также при 
прохождении тока проводники нагреваются. Значит, электрический ток 
оказывает тепловое воздействие. Это явление широко используют в 
бытовой технике и в промышленности.
Появление магнитного поля вокруг проводника, когда через него 
проходит ток, первым обнаружил ученый из Дании Ханс Кристиан Эрстед 
в 1820 году. Позднее французский ученый Андре Мари Ампер открыл 
взаимодействие токопроводящих проводников. Дальнейшие исследования 
показали, что взаимодействие проводников с током происходит через 
магнитное поле. Изучение магнитного действия тока привело к бурному 
развитию электротехники. Следует отметить, что при прохождении 
тока через металлы, электролиты, газы и полупроводники отмечается 
магнитное воздействие тока.
При прохождении тока через металлы химическое воздействие не 
наблюдается.

---

138