Электродинамика

От понятий электростатики перейдем к рассмотрению понятий об электричестве.

В электродинамике - разделе учения об электричестве, в котором рассматриваются явления и процессы, обусловленные движением электрических зарядов или макроскопических заряженных тел - важнейшим понятием является понятие электрическою тока. Электрическим током называется любое упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов. В проводнике под действием приложенного электрического поля Е свободные электрические заряды перемешаются: положительные - по полю, отрицательные - против поля, что показано на рисунке ниже.

Т.е. в нем возникает электрический ток, называемый током проводимости. Если же упорядоченное движение электрических зарядов осуществляется перемещением в пространстве заряженного макроскопического тела, то возникает так называемый конвекционный ток.

Для возникновения и существования электрического тока необходимо, с одной стороны, наличие свободных носителей тока - заряженных частиц, способных перемещаться упорядоченное с другой - наличие электрического поля, энергия которого, каким-то образом восполняясь, расходовалась бы на их упорядоченное движение. За направление тока условно принимают направление движения положительных зарядов.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I - скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени:

Ток, сила и направление которого не изменяются со временем, называется постоянным. Для постоянного тока

где Q - электрический заряд, проходящий за время t через поперечное сечение проводника.

Единица силы тока - ампер, А. Физическая величина, определяемая силой тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока, называется плотностью тока:

Выразим силу и плотность тока через скорость <v> упорядоченного движении зарядов в проводнике. Если концентрация носителей тока равна n и каждый носитель имеет элементарный заряд е, то за время dt через поперечное сечение S проводника переносится заряд dQ=ne<v>Sdt. Сила тока

А плотность

Плотность тока - вектор, ориентированный по направлению тока, т.е. направление вектора j совпадает с направлением упорядоченного движения положительных зарядов. Единица плотности тока - ампер на метр в квадрате, А/м².

Сила тока сквозь произвольную поверхность S определяется как поток вектора j, т.е.

где dS = ndS (n - единичный вектор нормали к площадке dS, составляющей с вектором j угол α).