Электрический ток. 
Электромагнетизм, оптика, квантовая физика

Плотность тока. Сила тока

Упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц называется электрическим током. При таком движении происходит перенос электрических зарядов из одной области пространства в другую. Упорядоченное движение заряженных частиц в какой-либо среде называется током проводимости. Электрический ток, обусловленный перемещением заряженного тела, называется конвекционным. Вещество, в котором имеются заряженные частицы, способные перемещаться на значительные расстояния в пространстве, называется проводником электрического тока, а частицы, переносящие электрический заряд, — носителями тока. Например, носителями тока в металлах являются отрицательно заряженные электроны. Кроме подвижных электронов в металлах имеются малоподвижные положительно заряженные ионы, образующие кристаллическую решетку.

Упорядоченное движение заряженных частиц может быть очень сложным. В самом простом случае электрический ток идет по проводнику цилиндрической формы вдоль его оси. В этом случае носители тока равномерно распределены по объему проводника и движутся прямолинейно с некоторой средней скоростью и (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Проводник с током.

Пусть за время dt через произвольное сечение проводника протекает заряд dQ. Отношение.

называют силой электрического тока. Отношение.

силы тока / к площади 5 поперечного сечения проводника называют плотностью электрического тока.

Найдем соотношение, связывающее плотность тока j и среднюю скорость и движения зарядов. Для этого рассмотрим участок проводника между двумя его поперечными сечениями / и 2 (рис. 4.1). Длина этого участка равна среднему пути udt, который проходит носитель тока за время dt. Заряд dQ всех носителей тока, которые оказались между сечениями / и 2 в некоторый момент времени t, равен произведению объемной плотности заряда д на объем этого участка проводника:

За время dt носитель тока, находившийся в сечении /, пройдет путь и dt и окажется в сечении 2. За это время все носители тока, которые находились в момент времени t между сечениями / и 2, протекут через сечение 2 и перенесут с собой заряд dQ. Согласно формулам (4.1) и (4.2).

Подстановка этого выражения в формулу (4.3) приводит к искомому соотношению.

В векторной форме это соотношение можно записать так:

Вектор j определяет направление электрического тока. Когда ток представляет собой направленное движение положительно заряженных частиц (р > 0), согласно формуле (4.5) направление вектора j совпадает с направлением вектора й средней скорости, т. е. направление электрического тока совпадает с направлением движения носителей тока. Если же электрический ток создается движением отрицательно заряженных частиц, то направление тока будет противоположно направлению движения таких частиц.