Сила тока

Сила тока
$\ I$, $\ J$
Размерность	I
Единицы измерения
СИ	А
Примечания
скалярная величина

Си́ла то́ка — скалярная физическая величина, равная отношению электрического заряда $dQ$, прошедшего через определённую поверхность за бесконечно малый промежуток времени $dt$, к длительности этого промежутка:

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

В качестве поверхности обычно рассматривается сечение проводника.

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

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 $I$ входит в закон Ома для участка цепи.

Сила тока и плотность тока

Сила тока связана с плотностью тока через соотношение

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

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

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 $q$, концентрации $n$ и средней скорости упорядоченного движения ${\vec {v}}_{av}$. Если наличествует только один сорт частиц, то ${\vec {j}}=qn{\vec {v}}_{av}$. Сила тока являтся потоком вектора ${\vec {j}}$.

Постоянный и переменный ток

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

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

Закон Ома

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

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

По закону Ома для полной цепи,

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

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

Мощность, выделяемая на омической нагрузке, рассчитывается как

$P=UI$.

Пользуясь законом Ома, её можно выразить через другие величины. На диаграмме справа представлена взаимосвязь величин $U$, $I$, $R$, $P$.

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).

Литература

• Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Физматлит, 2004. — Т. III. Электричество. — С. 173—174. — 656 с. — ISBN 5-9221-0227-3.