Дипольный момент нейтральной системы

; (3.91)

3) напряженность и потенциал электрического поля нейтральной системы с дипольным моментом p определяются соотношениями:

; ; (3.92)

4) объемная плотность связанных зарядов

. (3.93)

4. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

4.1. Основные понятия и определения

Электрический ток - всякое упорядоченное движение электрических зарядов.

Ток проводимости – электрический ток, возникающий в проводниках под влиянием электрического поля и представляющий собой упорядоченное движение заряженных частиц относительно среды (т.е. внутри макроскопических тел).

Конвекционный ток – электрический ток, возникающий за счет переноса зарядов вместе с макроскопическими частицами или телами, на которых они находятся.

Ток в вакууме представляет собой движущиеся микроскопические заряженные частицы (ионы или электроны), независимо от макроскопических тел в вакууме.

Основные действия электрического тока: магнитное, тепловое, химическое и биологическое.

Условия существования тока проводимости – наличие источника тока, электрического поля в проводниках (создание на концах проводника разности потенциалов); замкнутость проводников.

Источник тока – любое устройство, в котором возникают сторонние силы.

Сторонние силы – силы неэлектрического происхождения, совершающие работу по поддержанию электрического тока, как на отдельных участках цепи, так и на всем ее протяжении.

Закон сохранения энергии для источника тока:

A_ст = A_ис + A', (4.1)

где A_ст - работа сторонних сил;

A_ис - работа сторонних сил против механических сил сопротивления;

A' - работа сторонних сил против кулоновских сил.

Работа сторонних сил вдоль замкнутой цепи:

, (4.2)

где f_ст^* - проекция сторонних сил на выбранное направление l;

E_l^* - проекция вектора напряженности поля сторонних сил на направление l.

Работа электрических сил по перемещению электрического заряда на участке цепи:

, (4.3)

где E_l – проекция вектора напряженности электрического поля на выбранное направление l.

Работа сторонних и электрических сил по перемещению электрического заряда на участке цепи:

. (4.4)

Электродвижущая сила (ЭДС) - физическая величина, равная работе сторонних сил по перемещению положительного единичного заряда вдоль всей цепи, включая источник тока:

. (4.5)

Разность потенциалов между двумя точками участка цепи - физическая величина, численно равная работе электрических сил по перемещению положительного единичного заряда на этом участке цепи:

. (4.6)

Напряжение или падение напряжения на данном участке цепи - физическая величина, численно равная работе сторонних и электрических сил по перемещению положительного единичного заряда на данном участке цепи:

. (4.7)

Направление электрического тока определяется скоростью упорядоченного движения положительных зарядов.

Постоянный ток – ток, не изменяющийся по величине и направлению с течением времени.

Основные характеристики постоянного электрического тока:

1) величина /сила / тока – скалярная физическая величина, которая показывает, какой заряд переносится через поперечное сечение проводника в единицу времени:

а) в общем случае

; (4.8)

б) для постоянного тока

. (4.9)

2) плотность тока – векторная физическая величина, численно равная силе тока через площадку dS, перпендикулярную направлению движения электрических зарядов (электрического тока):

а) в общем случае

; (4.10)

б) для постоянного тока

. (4.11)

Направление вектора плотности тока: за направление вектора плотности тока j принимается направление вектора скорости упорядоченного движения положительных зарядов.

Поток вектора плотности тока через какую-либо поверхность – величина (сила) тока:

, (4.12)

где j_n = j× cosa - проекция вектора плотности тока j на направление положительной нормали n к поверхности;

a - угол между j и n.

4.2. Классическая электронная теория проводимости металлов. Законы постоянного тока

Классическая электронная теория электропроводности металлов объясняет различные электрические свойства вещества существованием и движением электронов проводимости. Электроны проводимости при этом рассматриваются как электронный газ, подобный идеальному газу молекулярной физики.

Заряд, прошедший через некоторую площадку S, расположенную перпендикулярно направлению вектора скорости движения электронов проводимости (с точки зрения классической электронной теории проводимости) можно определить по формуле

, (4.13)

где e – заряд электрона проводимости;

n – число электронов проводимости в единице объема вещества;

< v> - средняя скорость упорядоченного движения электронов проводимости;

t – время.

Сила (величина) тока в проводнике в этом случае:

. (4.14)

Плотность тока проводимости определяется соотношениями: