Плотность тока

У этого термина существуют и другие значения, см. Плотность (значения).

Пло́тность то́ка — векторная физическая величина, имеющая смысл силы электрического тока, протекающего через элемент поверхности единичной площади[1]. При равномерном распределении плотности тока и сонаправленности её с нормалью к поверхности, через которую протекает ток, для величины вектора плотности тока выполняется:

где I — сила тока через поперечное сечение проводника площадью S (также см. рисунок).

Иногда речь может идти о скалярной[2] плотности тока, в таких случаях под ней подразумевается именно та величина j, которая приведена в формуле.

Как видим из этого определения, сила тока есть поток вектора плотности тока через некую заданную фиксированную поверхность.

В сложных системах (с различными типами носителей заряда, например, в плазме или электролитах)

Сама формула почти совпадает с формулой, приведенной чуть выше, но теперь индекс суммирования i означает не номер типа частицы, а номер каждой индивидуальной частицы, не важно, имеют они одинаковые заряды или разные, при этом концентрации оказываются уже не нужны.

Работа, совершаемая электрическим полем над носителями тока, характеризуется, очевидно[3], плотностью мощности [энергия/(время• объем)]:

Чаще всего эта мощность рассеивается в среду в виде тепла, но вообще говоря она связана с полной работой электрического поля и часть её может переходить в другие виды энергии, например такие, как энергия того или иного вида излучения, механическая работа (особенно — в электродвигателях) и т. д.

В линейной и изотропной проводящей среде плотность тока связана с напряжённостью электрического поля в данной точке по закону Ома:

4-ток является прямым и естественным обобщением понятия плотности тока на четырёхмерный пространственно-временной формализм и позволяет, в частности, записывать уравнения электродинамики в ковариантном виде.