§ 55. Напряжение на участке цепи. Сила тока и плотность тока

За счет энергии источника тока стационарное, электрическое поле, перемещая по цепи свободные заряженные частицы, совершает работу. На любом участке замкнутой электрической цепи имеется напряжение, которое численно равно работе, совершаемой источником тока по перемещению единицы заряда на данном участке цепи (между двумя точками электрического поля внутри проводника). Из определения напряжение Единица напряжения Лампочка горит при 1 к, напряжении 220 в; это означает, что при перемещении заряда в 1 к от начала волоска до его конца источник тока совершает работу 220 дж. Напряжение измеряется вольтметром, который в цепь включается параллельно.

Скалярная величина, являющаяся количественной характеристикой тока и измеряемая зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника за единицу времени, называется силой тока. Из определения сила тока Единица силы тока Сила тока измеряется амперметром, который в цепь включается последовательно.

Электрический ток, сила и направление которого не изменяются с течением времени, называется постоянным током. В настоящее время единица силы тока ампер устанавливается на токовых весах по силе взаимодействия между собою проводников, по которым течет ток (см. рис. 42, в). Ампер - сила такого постоянного тока, который, проходя по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенных на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, вызывает силу взаимодействия между проводниками в 2*10^-7 н на каждый метр длины.

Рис. 74. К выводу формулы силы тока

Допустим, что проводник имеет цилиндрическую форму, поперечное сечение S и в единице его объема содержится n носителей заряда, которые, образуя его, под действием стационарного электрического поля движутся со средней скоростью v_ср. Объем, ограниченный сечением 1 и 2, равен V = ΔlS (рис. 74). В нем находится nΔlS носителей тока, все они пройдут сечение 2 за время Если заряд частицы е, то общий заряд, переносимый частицами через сечение S, будет q = enΔlS.

Заменим q и t в формуле получим

Тогда

Из формулы видно, что сила тока зависит от числа n носителей заряда в единице объема проводника, средней скорости v_ср их потока и сечения S проводника.

(Векторная величина, направленная вдоль тока и измеряемая силой тока, приходящегося на единицу площади поперечного сечения проводника, называется плотностью тока. Из определения плотность тока Единица плотности

В электротехнике иногда используется единица плотности тока 1 ^а/_мм². Часто важно знать не только силу тока в проводнике, но и плотность тока, так как она является мерой допустимой электрической нагрузки проводив, не вызывающей их заметного нагревания. Так, для медного провода сечением 0,5 мм² допускается плотность тока 10 ^а/_мм², а для провода сечением 10 мм² - 68 ^а/_мм².