Электрический ток, сила

Как мы теперь понимаем и знаем, электри́ческий ток – это направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц. Такими частицами могут являться: в металлах – электроны, в электролитах – ионы (катионы и анионы), в газах – ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях – электроны, в полупроводниках – электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость). Иногда электрическим током называют также ток смещения, возникающий в результате изменения во времени электрического поля.
Электрический ток имеет следующие проявления:
• нагревание проводников (в сверхпроводниках не происходит выделения теплоты);
• изменение химического состава проводников (наблюдается преимущественно в электролитах);
• создание магнитного поля (проявляется у всех без исключения проводников).
Если заряженные частицы движутся внутри макроскопических тел относительно той или иной среды, то такой ток называют электрическим током проводимости. Если движутся макроскопические заряженные тела (например, заряженные капли дождя), то этот ток называют конвекционным током.
Различают переменный (англ. alternating current, AC), постоянный (англ. direct current, DC) и пульсирующий электрические токи, а также их всевозможные комбинации. В таких понятиях часто слово «электрический» опускают.
• Постоянный ток – ток, направление и величина которого слабо меняются во времени.
• Переменный ток – ток, величина и направление которого меняются во времени. В широком смысле под переменным током понимают любой ток, не являющийся постоянным. Среди переменных токов основным является ток, величина которого изменяется по синусоидальному закону. В этом случае потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу другого конца проводника попеременно с положительного на отрицательный и наоборот, проходя при этом через все промежуточные потенциалы (включая и нулевой потенциал). В результате возникает ток, непрерывно изменяющий направление: при движении в одном направлении он возрастает, достигая максимума, именуемого амплитудным значением, затем спадает, на какой-то момент становится равным нулю, потом вновь возрастает, но уже в другом направлении и также достигает максимального значения, спадает, чтобы затем вновь пройти через ноль, после чего цикл всех изменений возобновляется.
• Квазистационарный ток – «относительно медленно изменяющийся переменный ток, для мгновенных значений которого с достаточной точностью выполняются законы постоянных токов» (БСЭ). Этими законами являются закон Ома, правила Кирхгофа и другие. Квазистационарный ток, так же как и постоянный ток, имеет одинаковую силу тока во всех сечениях неразветвленной цепи. При расчете цепей квазистационарного тока из-за возникающей э.д.с. индукции емкости и индуктивности учитываются как сосредоточенные параметры. Квазистационарными являются обычные промышленные токи, кроме токов в линиях дальних передач, в которых условие квазистационарности вдоль линии не выполняется.
• Переменный ток высокой частоты – ток, в котором условие квазистационарности уже не выполняется, ток проходит по поверхности проводника, обтекая его со всех сторон. Этот эффект называется скин-эффектом.
• Пульсирующий ток – ток, у которого изменяется только величина, а направление остается постоянным.
Электрический ток имеет количественные характеристики: скалярную – силу тока, и векторную – плотность тока.
Сила тока – физическая величина, равная отношению количества заряда, прошедшего за некоторое время через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени.
Сила тока в Международной системе единиц (СИ) измеряется в амперах (русское обозначение: А).

По закону Ома, сила тока \(I\) на участке цепи прямо пропорциональна напряжению \(U\), приложенному к этому участку цепи, и обратно пропорциональна его сопротивлению \(R\): 

\(I=\frac UR.\)

Если на участке цепи электрический ток не постоянный, то напряжение и сила тока постоянно изменяется, при этом у обычного переменного тока средние значения напряжения и силы тока равны нулю. Однако средняя мощность выделяемого при этом тепла нулю не равна. Поэтому применяют следующие понятия: мгновенные напряжение и сила тока, то есть действующие в данный момент времени, амплитудные напряжение и сила тока, то есть максимальные абсолютные значения, эффективные (действующие) напряжение и сила тока определяются тепловым действием тока, то есть имеют те же значения, которые они имеют у постоянного тока с таким же тепловым эффектом. Согласно закону Ома, в дифференциальной форме плотность тока в среде \(\vec j\) пропорциональна напряженности электрического поля \(\vec E\) и проводимости среды \(\sigma\): 

\(\vec j = \sigma \vec E.\)