☰ Содержание · Физика

Сила тока, плотность тока и действия тока

Уроки 36 · 1 урок · Н. Ш. Турдиев, К. А. Турсунметов, А. Г. Ганиев, К. Т. Суяров, Ж. Э. Усаров, А. К. Авлиёкулов. Физика, 10 класс, 1-е издание. Издательство «Niso Poligraf», Ташкент, 2017
36

Сила тока и плотность тока. Действия электрического тока

Учебник: с. 136–137
ЦельОбъяснять силу тока, плотность тока и действия электрического тока; применять I = q/t, j = I/S и I = neSυ.
Новые слова
сила тока · tok kuchiплотность тока · tok zichligiскорость дрейфа · tartibli harakat tezligiмагнитное действие тока · tokning magnit ta’siri
Объяснение

Если через поперечное сечение проводника за любые равные промежутки времени проходят равные заряды, ток постоянный. Сила тока I = q/t, единица — 1 А = 1 Кл/с. Плотность тока j = I/S — это сила тока, делённая на площадь перпендикулярного ей сечения (единица А/м² или А/мм²); это вектор, направленный по движению положительных зарядов. Если концентрация носителей n, заряд каждого e, а средняя скорость дрейфа υ, то I = neSυ и j = neυ. В металлах υ очень мала (доли миллиметра в секунду), тогда как возмущение в цепи распространяется почти со скоростью света. Действия тока: тепловое (проводник нагревается; всегда есть в металлах), химическое (в электролитах выделяются вещества; в металлах отсутствует) и магнитное (магнитное поле вокруг тока — Х. Эрстед, 1820; А. Ампер открыл взаимодействие проводников с током). Плотность тока показывает, насколько нагружен проводник: если она слишком велика, провод перегревается и может вызвать пожар, поэтому сечение провода подбирают в соответствии с током.

Примеры
Заряд 120 Кл проходит через сечение за 40 с: I = q/t = 120/40 = 3 А. Если сечение провода равно 2 мм², j = I/S = 3/2 = 1,5 А/мм².
В медном проводе I = 2 А, S = 1 мм² = 10⁻⁶ м², n = 8,5·10²⁸ м⁻³, e = 1,6·10⁻¹⁹ Кл: υ = I/(neS) = 2/(8,5·10²⁸·1,6·10⁻¹⁹·10⁻⁶) ≈ 1,5·10⁻⁴ м/с ≈ 0,15 мм/с — очень медленно.
Работа в классе

Только расчётом и под наблюдением взрослого: для одного бытового прибора вычислите силу тока (I = P/U по номинальной мощности P и напряжению 220 В) и обсудите, подходит ли ему сечение провода. Не прикасайтесь к розеткам и проводам.

Упражнения
1
Запишите определения силы тока и плотности тока в виде формул.
2
Через сечение за 5 с проходит 30 Кл. Чему равна сила тока (А)?
3
I = 10 А, S = 2,5 мм². Чему равна плотность тока (А/мм²)?
4
Почему электрическое возмущение распространяется почти со скоростью света, тогда как электроны дрейфуют медленно?