1. Единица измерения плотности тока в СИ Плотность тока — это векторная физическая величина, определяемая как отношение силы тока , протекающего через поперечное сечение проводника, к площади этого сечения. В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения плотности тока является ампер на квадратный метр.
- Обозначение: . Плотность тока в означает, что через поперечное сечение проводника площадью протекает ток силой .
2. Вывод формулы силы тока на основе электронных представлений Для вывода формулы рассмотрим металлический проводник с площадью поперечного сечения . Сила тока по определению — это заряд, проходящий через сечение проводника за единицу времени: Чтобы выразить этот заряд через характеристики частиц, введем следующие величины:
- — концентрация свободных зарядов (количество электронов в единице объема); — элементарный электрический заряд (заряд одного электрона); — средняя скорость упорядоченного движения электронов (дрейфовая скорость).
Этапы вывода:
- Определение объема: За промежуток времени через поперечное сечение проводника успеют пройти все свободные электроны, находящиеся от него на расстоянии не более . Таким образом, рассматриваемый объем проводника равен:
Подсчет количества частиц: Общее число электронов в этом объеме находится путем умножения концентрации на объем:
Определение суммарного заряда: Общий заряд , перенесенный этими частицами через сечение, равен произведению числа частиц на заряд каждой из них:
Итоговая формула: Подставим полученное выражение для заряда в определение силы тока:
После сокращения времени получаем классическую формулу силы тока:
Примечание: Если необходимо выразить плотность тока , то, разделив обе части на , мы получим: .
Я могу рассчитать конкретные значения силы тока или дрейфовой скорости для заданного материала, если вы предоставите параметры проводника.