Содержание

Главная >> Электродинамика. Физика 10-11 кл. Мякишев

Глава 2. Постоянный электрический ток

§ 2.2. Плотность тока. Сила тока (окончание)

Единицы силы тока и плотности тока

В абсолютной системе единиц за единицу силы тока принимается сила постоянного тока, при которой через поперечное сечение проводника в каждую секунду протекает заряд, равный одной абсолютной электростатической единице заряда:

В Международной системе единиц единица силы тока является не производной, а основной. Эту единицу, называемую ампером (А), устанавливают на основе магнитного взаимодействия токов (см. § 4.7).

В предыдущей главе единица заряда — кулон была введена как произведение 1 А на 1 с: 1 Кл = 1 А • с. Отсюда следует, что

1 А = 1 Кл/с.

Так как 1 Кл = 3 • 10⁹ СГСЭ_q, то

1 А = 3 • 10⁹ СГСЭ_I.

Единица плотности тока в СИ

Скорость упорядоченного движения электронов в металлическом проводнике

Найдем скорость упорядоченного перемещения электронов в металлическом проводнике. Согласно формуле (2.2.1)

Для металлического проводника заряд |q₀|, переносимый каждой частицей, — это заряд электрона: |q₀| = е. Следовательно,

Число электронов в 1 м³ меди (объемная концентрация электронов n) равно числу атомов в этом объеме, так как один из валентных электронов каждого атома меди коллективизирован и является свободным. Поэтому

где ρ = 8900 кг/м³ — плотность меди, М = 0,0635 кг/моль — ее молярная масса, a N_A = 6,02 • 10²³ моль^-1 — постоянная Авогадро.

Подставляя в формулу (2.2.9) выражение для объемной концентрации электронов n, получим:

Если для плотности тока j взять максимально допустимое ее значение для медного провода j = 10⁷ А/м², то для скорости упорядоченного движения электронов в медном проводнике получим:

Скорость направленного движения электронов при прохождении электрического тока по медному проводнику оказалась неожиданно малой. Она намного меньше средней скорости их теплового движения. Неожиданно потому, что при повороте выключателя лампочка вспыхивает сразу, а ведь при такой скорости электроны не успеют дойти от выключателя до лампочки. В следующем параграфе мы увидим, в чем здесь дело.

Наиболее детальной (локальной) характеристикой тока является вектор плотности тока. Скорость заряженных частиц (электронов) в проводниках вашей квартиры очень мала — около 0,1 мм/с.

<<< К началу параграфа