Характеристики електричного струму

Електричним струмом називають впорядкований (напрямлений) рух електричних зарядів.

Електричний струм має властивість теплової, хімічної і магнітної дії, причому магнітна дія струму проявляється в усіх без винятку провідниках, теплова дія відсутня у надпровідниках, хімічна дія проявляється переважно в електролітах. Кількісно електричний струм характеризується силою струму та густиною електричного струму.

Сила струму I визначається відношенням кількості заряду dq, який переноситься через переріз провідника, до проміжку часу dt, за який цей заряд переноситься:

I = dq/dt = q¢ (t). (4.27)

Якщо за будь-які однакові проміжки часу переносяться однакові кількості електричного заряду, такий струм називається постійним. Тоді

I = q/t. (4.28)

Одиниця сили струму (Ампер) в системі СІ є основною одиницею, тобто [ I ] = A. Тоді з формули (4.28) можна визначити одиницю кількісті електрики (Кулон): це такий заряд, що проходить за 1 с через провідник при силі струму 1 А мпер: [ q ] = Kл = A×c.

Густина струмуj – величина, яка дорівнює відношен­ню сили струму dI до площі поперечного перерізу провід­ника dS, через яку цей струм проходить:

j = dI/dS. (4.29)

У випадку постійного струму

j = I/S. (4.30)

Розмірність густини струму [ j ] = А/м ². Густина струму – векторна величина; вона має напрямок середньої швидкості u впо­рядко­ва­ного руху позитивних носіїв струму

j = n×q ₀ × υ;, (4.31)

де n – концентрація вільних носіїв, q ₀ = ze – заряд одного вільного носія, e = 1.6×10^–19 Кл – елементарний електричний заряд, z – ціле число (у випадку електролітів z – валентність іона).

Закон Ома. У більшості випадків засталої температури відношеннянапругинакінцяхпровідника U до величини струму I в ньому є величина стала, тобто

U/I = R. (4.32)

Величину R називають опором провідника. Формула (4.32) ви­ражає закон Ома в інтегральній формі, який був вста­нов­­ле­ний Г. Омом у 1827 р. Опір однорідного провідника з не­змінним перерізом прямо­про­порційний його довжині l і обер­нено пропорційний площі поперечного перерізу S, тобто

, (4.33)

де r – питомий опір. Величину s, обернену до питомого опору, називають питомою електропровідністю: s = r^{– 1}.

Підставивши (4.30), (4.33) в (4.32)і врахувавши (4.11), отримаємо

j = E /r.

Оскільки напрямки векторів j та E збігаються, можна записати:

j = × E = s × E = – s ×Ñ; j. (4.34)

Рівняння (4.34) виражає закон Ома в диференційній фор­мі: густина струму пропорційна напруженості електрич­ного поля і має однаковий з нею напрям. Закон Ома в тако­му вигляді встановлює зв’язок між величинами, які відно­сять­ся до даної точки провідника (локально), тому він засто­сов­ний і до неоднорідних провідників.