Сила тока

Сила тока — физическая величина ${\displaystyle I}$, равная отношению количества заряда ${\displaystyle \Delta Q}$, прошедшего через некоторую поверхность за время ${\displaystyle \Delta t}$, к величине этого промежутка времени^[1]:

Сила тока
${\displaystyle \ I}$, ${\displaystyle \ J}$
Размерность	I
Единицы измерения
СИ	А
Примечания
скалярная величина

Электрическое напряжение
Сила тока
Электрическая мощность
Электрическое сопротивление

${\displaystyle I={\frac {\Delta Q}{\Delta t}}.}$

В качестве рассматриваемой поверхности часто используется поперечное сечение проводника.

Обычно обозначается символом ${\displaystyle I}$, от фр. intensité du courant.

Сила тока в Международной системе единиц (СИ) измеряется в амперах (русское обозначение: А; международное: A), ампер является одной из семи основных единиц СИ. 1 А = 1 Кл/с.

По закону Ома сила тока ${\displaystyle I}$ для участка цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению ${\displaystyle U}$ к участку цепи и обратно пропорциональна сопротивлению ${\displaystyle R}$ проводника этого участка цепи:

${\displaystyle I={\frac {U}{R}}.}$

По закону Ома для полной цепи

${\displaystyle I={\frac {\varepsilon }{R+r}}}$

Носителями заряда, движение которых приводит к возникновению тока, являются заряженные частицы, в роли которых обычно выступают электроны, ионы или дырки. Сила тока зависит от заряда ${\displaystyle q}$ этих частиц, их концентрации ${\displaystyle n}$, средней скорости упорядоченного движения частиц ${\displaystyle {\vec {v_{cp}}}}$, а также площади ${\displaystyle S}$ и формы поверхности, через которую течёт ток.

Если ${\displaystyle n}$ и ${\displaystyle {\vec {v_{cp}}}}$ постоянны по объёму проводника, а интересующая поверхность плоская, то выражение для силы тока можно представить в виде

${\displaystyle I=qnv_{cp}\cos \alpha S,}$

где ${\displaystyle \alpha }$ — угол между скоростью частиц и вектором нормали к поверхности.

В более общем случае, когда сформулированные выше ограничения не выполняются, аналогичное выражение можно записать только для силы тока ${\displaystyle dI}$, протекающего через малый элемент поверхности площадью ${\displaystyle dS}$:

${\displaystyle dI=qnv_{cp}\cos \alpha dS.}$

Тогда выражение для силы тока, протекающего через всю поверхность, записывается в виде интеграла по поверхности

${\displaystyle I=\int \limits _{S}qnv_{cp}\cos \alpha dS.}$

В металлах заряд переносят электроны, соответственно в этом случае выражение для силы тока имеет вид

${\displaystyle I=\int \limits _{S}env_{cp}\cos \alpha dS.}$

где e — элементарный электрический заряд.

Вектор ${\displaystyle qn{\vec {v_{cp}}}}$ называют плотностью электрического тока. Как следует из сказанного выше, его величина равна силе тока, протекающей через малый элемент поверхности единичной площади, расположенный перпендикулярно скорости ${\displaystyle {\vec {v_{cp}}}}$, а направление совпадает с направлением упорядоченного движения заряженных частиц^[2].

Для измерения силы тока используют специальный прибор — амперметр (для приборов, предназначенных для измерения малых токов, также используются названия миллиамперметр, микроамперметр, гальванометр). Его включают в разрыв цепи в том месте, где нужно измерить силу тока. Основные методы измерения силы тока: магнитоэлектрический, электромагнитный и косвенный (путём измерения вольтметром напряжения на известном сопротивлении).

В случае переменного тока различают мгновенную силу тока, амплитудную (пиковую) силу тока и эффективную силу тока (равную силе постоянного тока, который выделяет такую же мощность).