Что такое сила тока, формулы
Что такое сила тока, формулы
Силой электрического тока является величина, характеризующая движение электрических зарядов и равная числу заряда (δq) , протекающего через сечение проводника (S) в единицу времени (δt) :
(I= )
То есть, для определения силы тока (I) необходимо разделить заряд (δq) , прошедший через определённое сечение проводника на время (δt) , за которое он пересек это сечение.
Величина силы тока зависит от количества заряда, который переносят все частицы, площади сечения проводника и скорости их направленного движения.
Рассмотрим основные формулы на примере проводника с поперечным сечением (S) . Обозначим буквой (q_0) заряд всех частиц. Если ограничить объём проводника двумя сечениями, то в нем будет содержаться (nSδl) частиц, где n является их концентрацией. Тогда их общий заряд будет рассчитываться по формуле:
(q=q_0 nSδl)
Не нашли что искали?
Просто напиши и мы поможем
Если частицы движутся со средней скоростью v, то за время δt=δI/v они пройдут весь заданный объем. В данном случае сила тока рассчитается таким образом:
где (I) – сила тока, А (Ампер);
(q_0) – заряд, Кл (Кулон).
Силу тока измеряют при помощи амперметра, принцип действия которого основан на магнитном действии тока.
Из курса лекций
При протекании тока через проводник, обладающий сопротивлением, проводник нагревается (если он неподвижен и в нём нет химических превращений, то работа тока расходуется на нагревание проводника). Определим количество теплоты, выделяющегося в единицу времени на участке цепи. Рассмотрим однородный и неоднородный участки цепи, будем использовать закон Ома и закон сохранения энергии.
Будет интересно➡ Законы Кирхгофа простыми словами: определение для электрической цепи
Однородный участок цепи
Рассчитаем работу, которую совершают силы поля над носителями тока на участке 1–2 за время dt. Сила тока в проводнике I, разность потенциалов между точками 1 и 2 – (j1 – j2). Тогда: – такой заряд протечёт через поперечное сечение участка 1-2.
работа, совершаемая при перенесении заряда dq через поперечное сечение проводника на участке 1–2, силами поля.
Согласно закону сохранения энергии, энергия, эквивалентная этой работе, выделяется в виде тепла, если проводник неподвижен и в нём не происходят химические превращения, т.е. проводник нагревается. Носители тока (в металлах электроны) в результате работы сил поля приобретают дополнительную кинетическую энергию, а затем расходуют её на возбуждение колебаний решётки при столкновении с её узлами-атомами. Тогда:
Т.к. , проинтегрировав, получаем:
Эта формула выражает закон Джоуля-Ленца для однородного участка цепи в интегральной форме записи. Если сила тока изменяется со временем, то количество теплоты, выделяющееся за время t вычисляется по формуле:
Получим дифференциальную форму записи закона Джоуля-Ленца.
; ; – величина элементарного объема.
Формула(24.6) определяет тепло, выделяющееся во всём проводнике, можно перейти к выражению, характеризующему выделение тепла в различных местах проводника. Выделим в проводнике элементарный объём в виде цилиндра. Согласно закону Джоуля-Ленца за время dt в этом объеме выделяется тепло.
Разделив это выражение на dV и dt, найдём количество тепла, выделяющееся в единице объема в единицу времени, эту величину назвали удельной тепловой мощностью тока w.
Удельная тепловая мощность тока – это количество теплоты выделяющееся в единицу времени в единице объема проводящей среды.
Формула (24.9) – дифференциальная форма записи закона Джоуля-Ленца. Сформулируем его:
Удельная тепловая мощность тока пропорциональна квадрату плотности электрического тока и удельному сопротивлению среды в данной точке.
Уравнение применимо к любым проводникам вне зависимости от их формы, однородности и от природы сил, возбуждающих электрический ток. Если на носители тока действуют только электрические силы, то, согласно закону Ома:
Это уравнение имеет менее общий характер, чем уравнение