Elektros srovės stipris ir srovės tankis
Elektros srovė yra bet koks kryptingas elektros krūvių (tiksliau sakant elektringųjų dalelių ar įelektrintų kūnų) judėjimas. Laisvųjų elektronų metaluose ar teigiamųjų bei neigiamųjų jonų elektrolituose judėjimas, įelektrinto bet kokio kūno slenkamasis ar sukamasis judėjimas yra elektros srovės pavyzdžiai. Tačiau dažniausiai kalbėdami apie elektros srovę turime galvoje kryptingą elektringųjų dalelių judėjimą medžiagoje ar vakuume. Šios elektringosios dalelės dar vadinamos krūvininkais. Tekant elektros srovei atsiranda naujų reiškinių, kurie nebūdingi nejudantiems krūviams. Iš jų paminėtini: 1) Šiluminis veikimas. Laidininkas, kuriuo teka elektros srovė, įšyla. 2) Cheminis veikimas. Tekant elektros srovei gali kisti medžiagos cheminė sudėtis. Šis reiškinys būdingas tik medžiagoms, kuriose krūvininkai yra jonai, pavyzdžiui, elektrolitams – vandeniniams druskų, rūgščių ar šarmų tirpalams. 3) Magnetinis veikimas. Elektros srovė kuria magnetinį lauką. Pavyzdžiui, arti laido padėtos magnetinės rodyklės kryptis pakinta, kai laidu ima tekėti elektros srovė. Magnetinis srovės veikimas, skirtingai nuo šiluminio ir cheminio, yra bendriausias. Jis pasireiškia visais elektros srovės atvejais, netgi judant masyviems įelektrintiems kūnams, kada šiluminio ir cheminio veikimo nesti. Cheminio veikimo nesti tekant srovei medžiagomis, kuriuose krūvininkai yra laisvieji elektronai, pavyzdžiui, metalais. Šiluma neišsiskiria tekant srovei superlaidininkais. Pagrindinė kiekybinė elektros srovės charakteristika yra srovės stipris. Jis lygus krūviui, pratekančiam laidininko skerspjūviu per laiko vienetą. Jei per be galo mažą laiko intervalą dt prateka elektros krūvis dq, tai srovės stipris 
(3.1) Krūvis, pratekantis per baigtinį laiko intervalą t, pagal (3.1) yra 
(3.2) Jeigu srovės kryptis laikui einant nekinta, tokia srovė vadinama nuolatine srove, jei nesikeičia ir jos stipris – pastoviąja nuolatine srove. Pastoviosios nuolatinės srovės atveju I=const, todėl ją galima rašyti prieš integralą. Tuo atveju (3.2) užrašysime taip: 
(3.3) o (3.1) – 
(3.4) Srovės stiprio SI vienetas yra amperas (1 A). Tai pagrindinis vienetas. Jis nusakomas remiantis srovių magnetine sąveika. Srovės stipris I yra algebrinis skaliarinis dydis. Jis gali būti teigiamas arba neigiamas. Sutarta teigiamąja elektros srovės kryptimi laikyti tą kryptį, kuria juda teigiamieji krūviai. Nustatysime sąsają tarp srovės stiprio I ir krūvininkų kryptingo judėjimo greičio v bei jų skaičiaus tankio n. Tarkime, kad skerspjūvio, pro kurį teka srovė, plotas S, o kiekvieno krūvininko krūvis q0 (52 pav.). Pro šį plotą per laiko vienetą pralėks tie krūvininkai, kurie nutolę nuo jo atstumu, ne didesniu už vidutinį kryptingo judėjimo greitį v. Tų krūvininkų skaičius lygus nvS, o jų krūvis q=q0nvS. Taigi 
(3.5)
 |
Kitas svarbus srovę apibūdinantis dydis yra srovės tankis j. Jis lygus krūviui, pratekančiam per laiko vienetą pro vienetinį plotą, statmeną krūvių judėjimo krypčiai: 
(3.6) Remdamiesi (3.6) galime užrašyti: 
(3.7)
 |
Jei plotelis dS nestatmenas krūvininkų judėjimo krypčiai, tuomet 
(53 pav.), ir pagal (3.7) 
(3.8) (3.8) lygybę galima užrašyti kaip vektorių 
ir 
skaliarinę sandaugą: 
(3.9) Srovės, tekančios pro bet kokio baigtinio dydžio plotą S, stipris apskaičiuojamas integruojant (3.9): 
(3.10) Jeigu srovės tankis visame skerspjūvio plote vienodas, (3.10) lygybė tampa 
(3.11) o jei dar ir 
kryptis sutampa su ploto S normalės kryptimi – 
(3.12) Srovės tankio SI vienetas yra 1 A/m2. Atsižvelgę į (3.5) lygybę, srovės tankio vektorių 
galime taip susieti su vidutiniu kryptingo krūvininkų judėjimo greičiu 
: 
(3.13)
Atkreipsime dėmesį, kad laisvieji elektronai, panašiai, kaip dujų molekulės, visą laiką netvarkingai (chaotiškai) juda. Tai šiluminis judėjimas. Elektronų šiluminio judėjimo greitis kambario temperatūroje yra gana didelis ir siekia apie 105 m/s, o kryptingo judėjimo greitis paprastai esti v»1 mm/s. Kryptingas laisvųjų metalo elektronų judėjimas kartais vadinamas dreifu, o greitis v – elektronų dreifo greičiu.
Bendru atveju elektros srovę gali sąlygoti ne vien tik elektronų, bet ir kitokių krūvininkų (pvz., jonų elektrolituose ar dujose, skylių puslaidininkiuose) kryptingas judėjimas. Judant kelių rūšių krūvininkams jų įnašai į srovė sumuojasi. Tuo atveju (3.13) virsta
(3.14)