Электрический ток есть упорядоченное движение электрических зарядов как положительных q+, так и отрицательных q-. Интенсивность, или сила тока определяется количеством электрического заряда q = q+ + q-, прошедшего через поперечное сечение проводника за единицу времени:
Следовательно, ток представляет собой скорость изменения заряда во времени. Следует отметить, что величина заряда весьма мала, отрицательный заряд одного электрона qе = 1,6·10-19 Кл.
Ток – величина алгебраическая, то есть имеет знак положительный или отрицательный. В физике за положительное направление тока условно принимается направление движения положительного заряда, в противном случае ток отрицателен. В теории электрических цепей нам часто неизвестно истинное направление движения зарядов, поэтому задаются условно положительным направлением тока. Условно положительное направление тока на участке цепи выбирается произвольно и обозначается стрелкой, как это показано на рис. 1.4.
Каждая точка электрической цепи имеет свой потенциал. Электрический потенциал φ численно равен работе, совершаемой силами поля по переносу единичного положительного заряда из бесконечности в данную точку.
Ток всегда протекает от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом. Если потенциалы двух точек одинаковы, то ток между ними протекать не будет.
Прохождение электрического тока, то есть перенос заряда в цепи, связано с преобразованием или потреблением энергии W.
Для напряжения, как и для тока, произвольно выбирают условно положительное направление, чаще всего его выбирают совпадающим с положительным направлением тока и указывают стрелкой (рис. 1.4). При согласованном выборе полярности тока и напряжения, очевидно, достаточно ограничиться только указанием направления тока.
Для положительного напряжения стрелка указывает направление от большего потенциала φ1 к меньшему φ2 . Таким образом, напряжение можно рассматривать как разность потенциалов двух точек цепи U12 = φ1 - φ2 .
Энергия. Если к участку цепи приложить напряжение U, то через этот участок будет проходить электрический заряд q. Энергия, затраченная на перемещение заряда q на участке цепи с напряжением U в интервале времени от t = – ∞, где энергия принимается равной нулю, до рассматриваемого момента времени t1 определяется соотношением:
Энергия – величина положительная.
Мощность – это скорость изменения энергии во времени. Мгновенная мощность определяется выражением:
Мгновенная мощность – величина алгебраическая. Знак мощности определяется знаками мгновенных значений напряжения и тока: при совпадении знаков напряжения и тока мощность положительна, что соответствует потреблению энергии рассматриваемым участком цепи. При несовпадении знаков мощность отрицательна, что свидетельствует о том, что энергия отдается участком цепи.
Все элементы электрической цепи подразделяются на активные и пассивные. Активные элементы – это источники электрической энергии, пассивные элементы – это сопротивление, индуктивность, емкость.