Постоянный электрический ток

Электрический ток, сила и плотность тока

Электрическим током называется направленное перемещение электрических зарядов. Различают :

• а) ток проводимости — это упорядоченное перемещение микроскопических зарядов внутри неподвижного макроскопического тела (твердого, жидкого или газообразного). Такими зарядами в металлах являются свободные электроны, в жидких проводниках (электролитах) — положительные и отрицательные ионы, а также электроны;
• б) ток в вакууме — это направленное движение заряженных частиц (электронов или ионов) в вакууме независимо от макроскопических тел;
• в) конвекционный ток — это направленное перемещение заряженного макроскопического тела.

Таким образом, для существования электрического тока необходимо наличие заряженных частиц, называемых носителями тока, и движущей силы. В первых двух случаях движущей силой является электрическое поле, энергия которого затрачивается на перемещение зарядов. Устройство, создающее электрическое поле для направленного движения зарядов и пополняющее его энергию, называется источником электродвижущей силы (э.д.с.) или источником тока.

Величина I, определяемая количеством заряда, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени, называется силой тока. Если за любые равные промежутки времени через поперечное сечение проходит одинаковый заряд, ток называется постоянным и определяется как. Сила тока I — скалярная физическая величина. Электрический ток может быть обусловлен движением как положительных, так и отрицательных носителей. За направление электрического тока условились принимать направление движения положительных зарядов. Если в действительности движутся отрицательные заряды (например, электроны проводимости в проводнике), то направление электрического тока считается противоположным направлению их движения.

Единица силы тока — ампер (А). Это сила постоянного тока, при которой через любое поперечное сечение проводника за одну секунду проходит заряд в один кулон, .

Для характеристики распределения электрического тока по сечению проводника вводится вектор плотности тока. Вектор плотности тока численно равен заряду, переносимому в единицу времени через единичную площадку, расположенную нормально к направлению движения зарядов. Если ток постоянный,. Вектор плотности тока направлен вдоль скорости движения положительных зарядов.

Пусть — средняя скорость упорядоченного движения носителей зарядов в проводнике, n₀ — их концентрация, е — заряд носителя тока. Тогда за время dt через поперечное сечение S проводника переносится заряд. Сила тока, плотность тока. В векторном виде получаем. Единицей измерения плотности тока в системе СИ является А/м².

Воздействие постоянного электрического тока на вещество лежит в основе многих электрофизических методов — электродиализа, электрофореза, электрофлотации и др.

Электродиализ — это быстрый и эффективный метод диализа: метод отделения веществ, находящихся в коллоидном состоянии, от истинно растворенных веществ с помощью пористой мембраны. Электродиализ широко применяется при очистке сахара, различных медицинских коллоидных препаратов, при приготовлении клея и желатина, для очистки сточных вод. Методом электродиализа осуществляется дубление кожи.

Электрофлотация позволяет разделить жидкие неоднородные системы. Сущность метода заключается в разложении постоянным электрическим током воды на водород и кислород в виде очень мелких пузырьков, которые осаждаются на поверхности твердой фазы (т.е. различных частиц) и увлекают ее вверх. Применение этого метода дает высокий производственный эффект при очистке фруктовых соков, вина и других продуктов. При электрофлотации сточных вод на мясокомбинате удается извлечь и удалить из них 90−95% жира.