Суть электрического тока

Ток (обозначается буквой I) представляет собой количество электрического заряда ∆q (или dq), пересекающего площадь поперечного сечения S в единицу времени t, которое определяется выражением:

\[ I = \frac{\Delta q}{\Delta t}=\frac{dq}{dt} \]

Рисунок 1. Электрический ток, проходящий через проводник сечением S

Если через площадь поперечного сечения S проводника за промежуток времени Δt пройдет заряд Δq (рисунок 1), то средний ток I определяется по формуле:

\[ I = \frac{\Delta q}{\Delta t}\]

Единица силы тока называется ампер (сокращенно А, в честь французского физика Андре Мари Ампера) и равна одному кулону в секунду:

\[ 1A = 1Кл/с \]

Так как ампер достаточно сильный ток, то сила тока может обозначается в таких единицах, как миллиампер (мА), микроампер (мкА) и наноампер (нА).

\[1мА=1\times{10^{-3}}А=0.001А\]

\[1мкА=1\times{10^{-6}}А=0.000001А\]

\[1нА=1\times{10^{-9}}А=0.000000001А\]

В проводниках (например, в медных проводах) электрический ток представляет собой перемещение свободных электронов в кристаллической решетке атомов меди. Каждый атом меди содержит один свободный электрон. А каждый электрон несет заряд −e, что равно:

\[ q_{электрона}=-e=-1.6\times10^{-19}Кл \]

Пример

Задача.

Сколько электронов пройдет через поперечное сечение проводника за 20 секунд,если сила тока равна 3,2 A?

Решение.

Рассчитаем заряд, который проходит через сечение проводника за 20 секунд:

\[\Delta q=I\times{\Delta t}=3.2А\times{20}с=64Кл.\]

Заряд одного электрона равен 1.602*10^-19 Кл, тогда количество электронов в заряде 64 Кл будет равняться:

\[\text{Количество электронов}=\frac{64Кл}{1.602\times{10^{-19}Кл}}=39.95\times{10^{19}}.\]

Интересное замечание про направление электрического тока!

Есть хитрая тонкость в отношении направления тока, которая может вызвать путаницу. Каждый раз, когда кто-то говорит: «Ток I течет из точки А в точку Б», вы, возможно, предполагаете, что и электроны будут течь из точки А в точку Б. Но общепринятое использование термина «ток» вместе с символом I, используемый в уравнениях, предполагает, что положительные заряды текут из точки A в точку B! Это означает, что поток электронов фактически направлен в направлении, противоположном направлению тока. 😯

В чем же дело? 🙄

Это историческая условность Бенджамина Франклина. Он присвоил знак положительного заряда таинственным предметам (еще неизвестным на то время), которые двигались и выполняли работу. Некоторое время спустя физик по имени Джозеф Томсон провел эксперимент, который «пролил свет» на таинственные движущиеся заряды. Эти заряды, которые Томсон назвал электронами, двигались в направлении, противоположном обычному току.

Все формулы, используемые в электронике, например, такие как закон Ома U = IR, «делают вид», что ток I состоит из положительных носителей заряда. Мы всегда будем придерживаться этой условности. Короче говоря, всякий раз, когда мы видим термин ток или символ I, то представляем, что движутся положительные заряды.