Классическая электродинамика
Электричество · Магнетизм
Электростатика Закон Кулона Теорема Гаусса Электрический дипольный момент Электрический заряд Электрическая индукция Электрическое поле Электростатический потенциал
Магнитостатика Закон Био — Савара — Лапласа Закон Ампера Магнитный момент Магнитное поле Магнитный поток Магнитная индукция
Электродинамика Векторный потенциал Диполь Потенциалы Лиенара — Вихерта Сила Лоренца Ток смещения Униполярная индукция Уравнения Максвелла Электрический ток Электродвижущая сила Электромагнитная индукция Электромагнитное излучение Электромагнитное поле
Электрическая цепь Закон Ома Законы Кирхгофа Индуктивность Радиоволновод Резонатор Электрическая ёмкость Электрическая проводимость Электрическое сопротивление Электрический импеданс
Ковариантная формулировка Тензор электромагнитного поля Тензор энергии-импульса 4-потенциал 4-ток
См. также: Портал:Физика

Сила тока , также просто ток — скалярная физическая величина , равная отношению электрического заряда ${\displaystyle dQ}$ , прошедшего через определённую поверхность за бесконечно малый промежуток времени ${\displaystyle dt}$ , к длительности этого промежутка :

${\displaystyle I={\frac {dQ}{dt}}}$

В качестве поверхности обычно рассматривается сечение проводника.

Выбор буквенного обозначения соответствует французскому названию величины ( фр. intensité du courant ); реже используется символ ${\displaystyle J}$ .

Сила тока в Международной системе единиц (СИ) измеряется в амперах (обозначение: А), ампер является одной из семи основных единиц СИ . 1 А = 1 Кл / с .

Понятие силы тока широко используется в задачах электротехники и схемотехники . Величина ${\displaystyle I}$ входит в закон Ома для участка цепи .

Несмотря на наличие слова «сила» в наименовании понятия, сила тока не является силой ни по смыслу, ни по размерности.

Сила тока и плотность тока

Сила тока связана с плотностью тока через соотношение

${\displaystyle I=\int {\vec {j}}\cdot d{\vec {S}}}$ .

Точка означает скалярное произведение , ${\displaystyle d{\vec {S}}}$ — векторный элемент площадки (элемент площади поверхности ${\displaystyle dS}$ , домноженный на единичный вектор нормали к ней ${\displaystyle {\vec {e}}_{n}}$ ) а интегрирование выполняется по всей площади сечения. В простейшем случае, когда ток течёт равноплотно, а сечение перпендикулярно плотности тока (то есть ${\displaystyle {\vec {j}}\parallel {\vec {e}}_{n}}$ ) будет ${\displaystyle I=j\,S}$ .

Силой тока чаще оперируют в технических приложениях, а плотностью тока — в физических задачах, посвящённых анализу поведения носителей заряда .

Происхождение тока

За протекание тока ответственно упорядоченное движение заряженных частиц, в роли которых обычно выступают электроны , ионы или дырки . Плотность тока представляет собой плотность потока этих частиц. Она зависит от их заряда ${\displaystyle q}$ , концентрации ${\displaystyle n}$ и средней скорости упорядоченного движения ${\displaystyle {\vec {v}}_{av}}$ . Если наличествует только один сорт частиц, то ${\displaystyle {\vec {j}}=qn{\vec {v}}_{av}}$ . Сила тока является потоком вектора ${\displaystyle {\vec {j}}}$ .

Постоянный и переменный ток

Если ${\displaystyle I}$ не меняется со временем, ток называется постоянным , а при наличии зависимости ${\displaystyle I(t)}$ — переменным.

В случае переменного тока различают мгновенную силу тока ${\displaystyle I=dQ/dt}$ , среднюю (за некоторый конечный промежуток времени ${\displaystyle \Delta t}$ ) силу тока ${\displaystyle I_{av}=\Delta Q/\Delta t}$ , амплитудную (пиковую) силу тока ${\displaystyle I_{m}}$ и эффективную силу тока (равную силе постоянного тока, который выделяет такую же мощность) ${\displaystyle I_{eff}=(T^{-1}\int I^{2}(t)dt)^{1/2}}$ , где ${\displaystyle T}$ — достаточно большое время интегрирования.

Закон Ома

По закону Ома сила тока ${\displaystyle I}$ для участка цепи пропорциональна приложенному к участку цепи напряжению ${\displaystyle U}$ и обратно пропорциональна сопротивлению ${\displaystyle R}$ проводника этого участка цепи:

${\displaystyle I={\frac {U}{R}}}$ .

По закону Ома для полной цепи,

${\displaystyle I={\frac {\varepsilon }{R+r}}}$ ,

где ${\displaystyle r}$ — внутреннее сопротивление источника электродвижущей силы ${\displaystyle \varepsilon }$ .

Мощность , выделяемая на омической нагрузке, рассчитывается как

${\displaystyle P=UI}$ .

Пользуясь законом Ома, её можно выразить через другие величины. На представленной здесь круговой диаграмме представлена взаимосвязь величин ${\displaystyle U}$ , ${\displaystyle I}$ , ${\displaystyle R}$ и ${\displaystyle P}$ .

Измерение силы тока

Для измерения силы тока используют специальный прибор — амперметр (для приборов, предназначенных для измерения малых токов, также используются названия миллиамперметр, микроамперметр, гальванометр ). Его включают в разрыв цепи в том месте, где нужно измерить силу тока. Основные методы измерения силы тока: магнитоэлектрический , электромагнитный и косвенный (путём измерения вольтметром напряжения на известном сопротивлении).

Примечания

Литература

• Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М. : Физматлит , 2004. — Т. III. Электричество. — С. 173—174. — 656 с. — ISBN 5-9221-0227-3 .
• Физическая энциклопедия. — Москва: Советская энциклопедия , 1994. — Т. 4. — ISBN 978-5-85270-087-2 .
• Физика: большой энциклопедический словарь / А. М. Прохоров (ред.). — 4-е (репр.) изд.. — Москва: Большая российская энциклопедия , 1998. — (Большие энциклопедические словари). — ISBN 978-5-85270-306-4 .