Электрический ток

Что такое электрический ток

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.

Рисунок электрический ток
Рисунок 2. Направление движения электронов и электрического тока
0 0 голоса
Рейтинг статьи
Подписаться
Уведомить о
guest
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии