Сила тока

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

Электрическое напряжение
Сила тока
Электрическая мощность
Электрическое сопротивление

Сила тока — физическая величина $I$, равная отношению количества заряда $\Delta Q$, прошедшего через некоторую поверхность за время $\Delta t$, к величине этого промежутка времени:

$I={\frac {\Delta Q}{\Delta t}}.$

В качестве рассматриваемой поверхности часто используется поперечное сечение проводника.

Обычно обозначается символом $I$, от фр. intensité du courant.

Сила тока в Международной системе единиц (СИ) измеряется в амперах (русское обозначение: А; международное: A), ампер является одной из семи основных единиц СИ. 1 А = 1 Кл/с.

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

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

По закону Ома для полной цепи

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

Носителями заряда, движение которых приводит к возникновению тока, являются заряженные частицы, в роли которых обычно выступают электроны, ионы или дырки. Сила тока зависит от заряда $q$ этих частиц, их концентрации $n$, средней скорости упорядоченного движения частиц ${\vec {v_{cp}}}$, а также площади $S$ и формы поверхности, через которую течёт ток.

Если $n$ и ${\vec {v_{cp}}}$ постоянны по объёму проводника, а интересующая поверхность плоская, то выражение для силы тока можно представить в виде

$I=qnv_{cp}\cos \alpha S,$

где $\alpha$ — угол между скоростью частиц и вектором нормали к поверхности.

В более общем случае, когда сформулированные выше ограничения не выполняются, аналогичное выражение можно записать только для силы тока $dI$, протекающего через малый элемент поверхности площадью $dS$:

$dI=qnv_{cp}\cos \alpha dS.$

Тогда выражение для силы тока, протекающего через всю поверхность, записывается в виде интеграла по поверхности

$I=\int \limits _{S}qnv_{cp}\cos \alpha dS.$

В металлах заряд переносят электроны, соответственно в этом случае выражение для силы тока имеет вид

$I=\int \limits _{S}env_{cp}\cos \alpha dS.$

где $e$ — элементарный электрический заряд.

Вектор $qn{\vec {v_{cp}}}$ называют плотностью электрического тока. Как следует из сказанного выше, его величина равна силе тока, протекающей через малый элемент поверхности единичной площади, расположенный перпендикулярно скорости ${\vec {v_{cp}}}$, а направление совпадает с направлением упорядоченного движения заряженных частиц.

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).

В случае переменного тока различают мгновенную силу тока, амплитудную (пиковую) силу тока и эффективную силу тока (равную силе постоянного тока, который выделяет такую же мощность).

Литература

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