Контакты jokoil@mail.ru КАРТА САЙТА English

Энергодинамическая система физических величин и понятий

(ЭСВП)


Не смешивать с СИ, унифицирующей ЕДИНИЦЫ измерений (разъяснение).

На Главную

Кому и зачем это нужно?

К сведению студентов

Основные понятия физики

Формы и виды энергии

Классификация физических систем

Основная идея системы величин

Таблицы физических величин

Итоги и выводы:

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Заряды физического поля

     Новые единицы величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Новый взгляд на         явления переноса

     Критерии подобия всюду

     Современная революция         в метрологии

Системный подход в экономике

История систематизации
величин и единиц


Необходимость модернизации
обучения физике


Учебно-наглядные пособия


Новости сайта

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Электрический ток − это векторная величина

СОДЕРЖАНИЕ.
1. Неопределенность определений электрического тока.
2. Электрический ток – векторная величина.
3. На каком основании электрический ток считают скалярной величиной?
4. Что такое поток электрических зарядов?


ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения краткой справки по поводу недостаточно ясных, редко применяемых или введенных автором сайта терминов пройдитесь по ссылке Предметный указатель (от А до О и от П до Я), а по поводу примененных обозначений – по ссылке Символьный указатель (латинские буквы и греческие буквы).

1. Неопределенность определений электрического тока.

Если объединить все определения электрического тока, которые обнаружены в различных первоисточниках, то их можно объединить следующей фразой: электрический ток – это упорядоченное направленное движение электрически заряженных частиц, называемых носителями тока. Судя по такому определению, электрический ток является физическим явлением, а не физической величиной. Когда же мы переходим к физической величине, характеризующей это явление, то сталкиваемся с другим термином “сила тока”, обозначаемым символами I или i. (В статье, посвященной применению термина “сила”, указано, что вместо слова “сила” в данном случае необходимо применять слово “интенсивность“.) Впрочем, очень часто термин “сила тока” сокращается до одного слова “ток”.

В метрологическом справочнике А.Чертова (1990) силой тока называется “скалярная физическая величина, равная отношению количества электричества dq, переносимого через сечение проводника за интервал времени dt , к этому интервалу”, то есть

i = dq/dt . ( 1 )

Однако скалярное выражение (dq/dt) характеризует скорость изменения заряда системы q (количества элементарных зарядов в системе), а не движение элементарных зарядов через проводник, поскольку движение имеет направленность, которая должна быть охарактеризована векторной величиной. К тому же, изменение количества элементарных зарядов в теле dq может происходить и при отсутствии электрического тока, например, при спонтанном радиоактивном распаде внутри заряженной системы или при накоплении статического электричества на поверхности системы.

Иная картина при движении элементарных зарядов (электронов проводимости) в проводнике. Количество элементарных зарядов, входящих в проводник, равно количеству элементарных зарядов, выходящих из проводника, вследствие чего их суммарное количество в проводнике (заряд системы) q = const, то есть в проводнике dq/dt = 0, и это никак не совпадает с определением тока по уравнению (1).

2. Электрический ток – векторная величина.

Электрический ток в проводнике является направленным движением энергоносителей (в рассматриваемом случае электронов), поэтому их поток является величиной векторной. Это признается и современной электродинамикой, когда векторной величиной считают плотность тока j, ибо последняя должна определяться уравнением

j = di/dS , ( 2 )

в котором i является электрическим током. Анализ величин, определяющих состояние проточной физической системы, какой является проводник, показывает, что ток энергоносителей является линейной плотностью движущихся через проводник энергоносителей (электронов). В частности, электрический ток i должен определяться уравнением:

i = (qfl v)/l , ( 3 )

в котором qfl − количество элементарных зарядов, перемещающихся через участок длиною l неподвижного проводника, а v − их скорость. Соответственно, величина j является объемной плотностью движущихся через проводник энергоносителей. Из уравнения (3) следует, что стандарт, из которого взято определение для справочника А.Чертова (1990), нуждается в пересмотре.

3. На каком основании электрический ток считают скалярной величиной?

В современной физике сначала применяют уравнение для определения плотности тока:

j = j n = (di/dS) n , ( 4 )

в котором n − орт нормали к площадке dS поперечного сечения проводника. А затем записывают определяющее уравнение для электрического тока, как для потока вектора плотности тока в виде:

i = ∫S j dS = ∫S j (dS n) . ( 5 )

Возможной причиной ввода абстрактного вектора площадки dS = (dS n) в уравнение (5) является то обстоятельство, что в векторном анализе нет операции деления на вектор, а в уравнении (4) dS находится в знаменателе.

Но определение электрического тока i, являющегося аргументом в уравнении (4), по плотности тока j, являющейся функцией в этом уравнении, является грубым нарушением принципа причинности. Не электрический ток является следствием плотности движущихся электронов, а плотность тока j является следствием наличия электрического тока i, как векторной величины.

Дополнительный вывод: движущийся по неподвижному проводнику поток электрических элементарных зарядов (электронов проводимости) является координатой состояния процесса их перемещения через проточную систему, каковой является неподвижный проводник.

Логично обозначать символом I электрический ток в полеобразующих заряженных системах, образующих магнитное поле, а символом i обозначать электрический ток в полевых заряженных системах, вводимых в магнитное поле.

4. Что такое поток электрических зарядов?

Поток электрических зарядов в проводнике Φ в проточной системе можно записать в виде уравнения:

Φ = ∫i I dSi . ( 6 )

Размерность потока зарядов в СИ равна L2I, а единица – А м2. А в системе величин ЭСВП эта размерность равна L2T-1Q, а единица – Кл м2 с-1, что, впрочем, то же самое.


© И. Коган Дата первой публикации 10.01.2011
Дата последнего обновления 09.11.2014

Оглавление раздела Предыдущая Следующая