Русская Википедия:Сила тока
Шаблон:Значения Шаблон:Физическая величина Шаблон:Электродинамика Сила тока, также просто ток — скалярная физическая величина, равная отношению электрического заряда <math>dQ</math>, прошедшего через определённую поверхность за бесконечно малый промежуток времени <math>dt</math>, к длительности этого промежуткаШаблон:SfnШаблон:Sfn[1]:
- <math>I=\frac{dQ}{dt}</math>
В качестве поверхности обычно рассматривается сечение проводника.
Выбор буквенного обозначения соответствует французскому названию величины (Шаблон:Lang-fr); реже используется символ <math>J</math>.
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 <math>I</math> 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
- <math> I = \int\vec{j}\cdot d\vec{S} </math>.
Точка означает скалярное произведение, <math>d\vec{S}</math> — векторный элемент площадки (элемент площади поверхности <math>dS</math>, домноженный на единичный вектор нормали к ней <math>\vec{e}_n</math>) а интегрирование выполняется по всей площади сечения. В простейшем случае, когда ток течёт равноплотно, а сечение перпендикулярно плотности тока (то есть <math>\vec{j}\parallel\vec{e}_n</math>) будет <math>I = j\,S</math>.
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 <math>q</math>, концентрации <math>n</math> и средней скорости упорядоченного движения <math> \vec{v}_{av}</math>. Если наличествует только один сорт частиц, то[2] <math>\vec{j} = qn\vec{v}_{av}</math>. Сила тока является потоком вектора <math>\vec{j}</math>.
Постоянный и переменный ток
Если <math>I</math> не меняется со временем, ток называется постоянным, а при наличии зависимости <math>I(t)</math> — переменным.
В случае переменного тока различают мгновенную силу тока <math>I=dQ/dt</math>, среднюю (за некоторый конечный промежуток времени <math>\Delta t</math>) силу тока <math>I_{av}=\Delta Q/\Delta t</math>, амплитудную (пиковую) силу тока <math>I_m</math> и эффективную силу тока (равную силе постоянного тока, который выделяет такую же мощность) <math>I_{eff} = (T^{-1}\int I^2(t)dt)^{1/2}</math>, где <math>T</math> — достаточно большое время интегрирования.
Закон Ома
По закону Ома сила тока <math>I</math> для участка цепи пропорциональна приложенному к участку цепи напряжению <math>U</math> и обратно пропорциональна сопротивлению <math>R</math> проводника этого участка цепи:
- <math>I = \frac{U}{R}</math>.
По закону Ома для полной цепи,
- <math>I = \frac{\varepsilon}{R+r}</math>,
где <math>r</math> — внутреннее сопротивление источника электродвижущей силы <math>\varepsilon</math>.
Мощность, выделяемая на омической нагрузке, рассчитывается как
- <math> P = U I </math>.
Пользуясь законом Ома, её можно выразить через другие величины. На представленной здесь круговой диаграмме представлена взаимосвязь величин <math>U</math>, <math>I</math>, <math>R</math> и <math>P</math>.
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[3] 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
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ Силу переменного тока можно измерять без разрыва цепи с помощью измерительного прибора под названием токоизмерительные клещи. Современные приборы такого типа могут измерять и силу постоянного тока.
.png){kind=link}