перенос электрических зарядов, осуществляемый перемещением заряженного макроскопического тела. С точки зрения электронной теории, любой перенос зарядов, в конечном счете, обусловлен конвекцией (перемещением) заряженных микрочастиц. Этим объясняется полная тождественность магнитных свойств К. т. и тока проводимости (т. е. упорядоченного движения относительно тела электронов, ионов и т.п.), установленная в опытах американского физика Г. Роуланда (1879) и русского физика А. А. Эйхенвальда (1903).

упорядоченное (направленное) движение электрически заряженных частиц или заряженных макроскопических тел. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц; если ток создаётся отрицательно заряженными частицами (например, электронами), то направление тока считают противоположным направлению движения частиц.

Различают Э. т. проводимости, связанный с движением заряженных частиц относительно той или иной среды (т. е. внутри макроскопических тел), и Конвекционный ток - движение макроскопических заряженных тел как целого (например, заряженных капель дождя).

О наличии Э. т. в проводниках можно судить по тем действиям, которые он производит: нагреванию проводников, изменению их химического состава, созданию магнитного поля. Магнитное действие тока проявляется у всех без исключения проводников; в сверхпроводниках (См. Сверхпроводники) не происходит выделения теплоты, а химическое действие тока наблюдается преимущественно в электролитах (См. Электролиты). Магнитное поле порождается не только током проводимости или конвекционным током, но и переменным электрическим полем в диэлектриках и вакууме. Величину, пропорциональную скорости изменения электрического поля во времени, Дж. К. Максвелл назвал током смещения (См. Ток смещения). Ток смещения входит в Максвелла уравнения на равных правах с током, обусловленным движением зарядов. Поэтому полный Э. т., равный сумме тока проводимости и тока смещения, может быть определён как величина, от которой зависит интенсивность магнитного поля.

Количественно Э. т. характеризуется скалярной величиной - силой тока (См. Сила тока)1 и векторной величиной - плотностью электрического тока (См. Плотность электрического тока) j. При равномерном распределении плотности тока по сечению проводника сила тока

где q_o - заряд частицы, n - концентрация частиц (число частиц в единице объёма), - средняя скорость направленного движения частиц, S - площадь поперечного сечения проводника.

Для возникновения и существования Э. т. необходимо наличие свободных заряженных частиц (т. е. положительно или отрицательно заряженных частиц, не связанных в единую электрически нейтральную систему) и силы, создающей и поддерживающей их упорядоченное движение. Обычно силой, вызывающей такое движение, является сила со стороны электрического поля внутри проводника, которое определяется электрическим напряжением (См. Электрическое напряжение) на концах проводника. Если напряжение не меняется во времени, то в проводнике устанавливается Постоянный ток, если меняется, - Переменный ток.

Важнейшей характеристикой проводника является зависимость силы тока от напряжения - Вольтамперная характеристика. Она имеет простейший вид для металлических проводников и электролитов: сила тока прямо пропорциональна напряжению (Ома закон).

В зависимости от способности веществ проводить Э. т. они делятся на Проводники, Диэлектрики и Полупроводники. В проводниках имеется очень много свободных заряженных частиц, а в диэлектриках - очень мало. Поэтому сила тока в диэлектриках крайне мала даже при больших напряжениях, и они служат хорошими Изоляторами. Промежуточную группу составляют полупроводники.

В металлах свободными заряженными частицами - носителями тока являются электроны проводимости, концентрация которых практически не зависит от температуры и составляет 10²²-10²³ см^-3. Их совокупность можно рассматривать как "электронный газ". Электронный газ в металлах находится в состоянии вырождения (см. Вырожденный газ), т. е. в нём отчётливо проявляются квантовые свойства. Квантовая теория металлов (см. Твёрдое тело) объясняет зависимость электрического сопротивления металлов от температуры (линейное увеличение с ростом температуры) и прямую пропорциональность между силой тока и напряжением (см. Металлы).

В электролитах Э. т. обусловлен направленным движением положительных и отрицательных ионов. Ионы образуются в электролитах в результате электролитической диссоциации (См. Электролитическая диссоциация). С ростом температуры число молекул растворённого вещества, распадающихся на ионы, увеличивается и сопротивление электролитов падает. При прохождении тока через электролит ионы подходят к электродам и нейтрализуются. Масса выделившегося на электродах вещества определяется законами электролиза Фарадея.

Газы из нейтральных молекул являются диэлектриками. Э. т. проводят лишь ионизованные газы - Плазма. Носителями тока в плазме служат положительные и отрицательные ионы (как в электролитах) и свободные электроны (как в металлах). Ионы и свободные электроны образуются в газе в результате сильного нагревания или внешних воздействий (ультрафиолетового излучения (См. Ультрафиолетовое излучение), рентгеновских лучей (См. Рентгеновские лучи), при соударениях быстрых электронов с нейтральными атомами или молекулами и т. д.; см. Ионизация).

Э. т. в электровакуумных приборах (электронных лампах, электроннолучевых трубках и т. д.) создаётся потоками электронов, испускаемых нагретым электродом - катодом (см. Термоэлектронная эмиссия). Электроны ускоряются электрическим полем и достигают другого электрода - анода.

В полупроводниках носителями тока являются электроны и дырки (См. Дырка).

Лит.: Тамм И. Е., Основы теории электричества, 9 изд., М., 1976, гл. 3, 6; Калашников С. Г., Электричество, 4 изд., М., 1977 (Общий курс физики), гл. 6, 14-16, 18.

Г. Я. Мякишев.

в широком смысле Электрический ток, изменяющийся во времени. Обычно в технике под П. т. понимают периодический ток, в котором среднее значение за период силы тока и напряжения равно нулю. Периодом Т П. т. называют наименьший промежуток времени (выраженный в сек), через который изменения силы тока (и напряжения) повторяются (рис. 1). Важной характеристикой П. т. является его частота f - число периодов в 1 сек: f = 1/Т. В электроэнергетических системах СССР и большинства стран мира принята стандартная частота f = 50 гц, в США - 60 гц. В технике связи применяются П. т. высокой частоты (от 100 кгц до 30 Ггц). Для специальных целей в промышленности, медицине и др. отраслях науки и техники используют П. т, самых различных частот, а также импульсные токи (см. Импульсная техника).

Для передачи и распределения электрической энергии преимущественно используется П. т. благодаря простоте трансформации его напряжения почти без потерь мощности (см. Передача электроэнергии, Электрическая цепь). Широко применяются трёхфазные системы П. т. (см. Трёхфазная цепь). Генераторы и двигатели П. т. по сравнению с машинами постоянного тока (См. Постоянный ток) при равной мощности меньше по габаритам, проще по устройству, надёжнее и дешевле. П. т. может быть выпрямлен, например полупроводниковыми выпрямителями, а затем с помощью полупроводниковых инверторов преобразован вновь в П. т. другой, регулируемой частоты; это создаёт возможность использовать простые и дешёвые безколлекторные двигатели П. т. (асинхронные и синхронные) для всех видов электроприводов, требующих плавного регулирования скорости.

П. т. широко применяется в устройствах связи (радио, телевидение, проволочная телефония на дальние расстояния и т. п.).

П. т. создаётся переменным напряжением. Переменное электромагнитное поле, возникающее в пространстве, окружающем проводники с током, вызывает колебания энергии в цепи П. т.: энергия периодически то накапливается в магнитном или электрическом поле, то возвращается источнику электроэнергии. Колебания энергии создают в цепи П. т. реактивные токи, бесполезно загружающие провода и источник тока и вызывающие дополнительные потери энергии, что является недостатком передачи энергии П. т.

За основу для характеристики силы П. т. принято сопоставление среднего теплового действия П. т. с тепловым действием постоянного тока соответствующей силы. Полученное таким путём значение силы П. т. I называется действующим (или эффективным) значением, математически представляющим среднеквадратичное за период значение силы тока. Аналогично определяется и действующее значение напряжения П. т. U. Амперметры и вольтметры П. т. измеряют именно действующие значения тока и напряжения.

В простейшем и наиболее важном на практике случае мгновенное значение силы i П. т. меняется во времени t по синусоидальному закону: i = I_m sin (ωt + α), где I_m - амплитуда тока, ω = 2πf - его угловая частота, α - начальная фаза. Синусоидальный (гармонический) ток создаётся синусоидальным напряжением той же частоты: u = U_m sin (ωt + β), где U_m - амплитуда напряжения, β - начальная фаза (рис. 2). Действующие значения такого П. т. равны: I = l_m/√2 ≈ 0,707 I_m, U = U_m/√2 ≈ 0,707 U_m. Для синусоидальных токов, удовлетворяющих условию квазистационарности (см. Квазистационарный ток; в дальнейшем будут рассматриваться только такие токи), справедлив Ома закон (закон Ома в дифференциальной форме справедлив и для неквазистационарных токов в линейных цепях). Из-за наличия в цепи П. т. индуктивности или (и) ёмкости между током i и напряжением u в общем случае возникает сдвиг фаз φ = β - α, зависящий от параметров цепи (активного сопротивления r, индуктивности L, ёмкости С) и угловой частоты ω. Вследствие сдвига фаз средняя мощность Р Т. т., измеряемая ваттметром, меньше произведений действующих значений тока и напряжения: Р = IU cosφ.

В цепи, не содержащей ни индуктивности, ни ёмкости, ток совпадает по фазе с напряжением (рис. 3). Закон Ома для действующих значений в этой цепи будет иметь такую же форму, как для цепи постоянного тока: I = U/r. Здесь r - активное сопротивление цепи, определяемое по активной мощности Р, затрачиваемой в цепи: r = P/I².

При наличии в цепи индуктивности L П. т. индуцирует в ней эдс самоиндукции e_L = - L^. di/dt = - ωLl_m cos (ωt + α) = ωLI_m sin (ωt + α - π/2). Эдс самоиндукции противодействует изменениям тока, и в цепи, содержащей только индуктивность, ток отстаёт по фазе от напряжения на четверть периода, то есть φ=π/2 (рис. 4). Действующее значение e_L равно E_L = IωL = Ix_L, где x_L = ωL - индуктивное сопротивление цепи. Закон Ома для такой цепи имеет вид: I = U/x_L = U/ωL.

Когда ёмкость С включена под напряжение u, то её заряд равен q = Cu. Периодические изменения напряжения вызывают периодические изменения заряда, и возникает ёмкостный ток i = dq/dt = C․du/dt = (CU_m cos (ωt + β) = ωCU_m sin (ωt + β + π/2). Таким образом, синусоидальный П. т., проходящий через ёмкость, опережает по фазе напряжение на её зажимах на четверть периода, то есть φ = -π/2 (рис. 5). Эффективные значения в такой цепи связаны соотношением I = ωCU = U/x_c, где x_c = 1/ωС - ёмкостное сопротивление цепи.

Если цепь П. т. состоит из последовательно соединённых r, L и С, то её полное сопротивление равно , где x = x_L - x_c = ωL - ¹/_ωC - реактивное сопротивление цепи П. т. Соответственно, закон Ома имеет вид: , а сдвиг фаз между током и напряжением определяется отношением реактивного сопротивления цепи к активному: tgφ = х/r. В такой цепи при совпадении частоты ω вынужденных колебаний, создаваемых источником П. т., с резонансной частотой ω₀ = 1/ индуктивное и ёмкостное сопротивления равны (ωL = 1/ωС) и полностью компенсируют друг друга, сила тока максимальна и наблюдается явление резонанса (см. Колебательный контур). В условиях резонанса напряжения на индуктивности и ёмкости могут значительно (часто во много раз) превышать напряжение на зажимах цепи.

Облегчение расчётов цепей синусоидальных П. т. достигается построением так называемых векторных диаграмм (См. Векторная диаграмма). Векторы синусоидальных тока и напряжения принято помечать точкой над буквенным обозначением (). Длины векторов обычно берутся равными (в масштабе построения диаграммы) действующим значениям I и U, а углы между векторами - равными сдвигам фаз между мгновенными значениями соответствующих величин. Алгебраическому сложению мгновенных значений синусоидальных величин одной и той же частоты соответствует геометрическое сложение векторов этих величин. На рис. 6 показана векторная диаграмма для цепи П. т. с последовательно соединёнными r, L, С. Мгновенное значение напряжения на зажимах этой цепи равно алгебраической сумме напряжений на активном и реактивном сопротивлениях: u = u_L + u_r + u_c, следовательно, . При построении диаграммы исходным служит вектор тока, так как во всех участках неразветвлённой цепи ток один и тот же. Поскольку индуктивное напряжение опережает по фазе ток на π/2, а ёмкостное отстаёт от тока на π/2 (то есть они находятся в противофазе), при последовательном соединении они друг друга частично компенсируют.

Векторные диаграммы наглядно иллюстрируют ход вычислений и служат для контроля над ними; построенные с соблюдением масштаба, они позволяют графически определить эффективное напряжение U в цепи и угол сдвига фаз φ.

Для расчётов разветвленных цепей квазистационарного П. т. используют Кирхгофа правила. При этом обычно применяют метод комплексных величин (символический метод), который позволяет выразить в алгебраической форме геометрические операции с векторами П. т. и применить, таким образом, для расчётов цепей П. т. все методы расчётов цепей постоянного тока.

Несинусоидальность П. т. в электроэнергетических системах обычно нежелательна, и принимаются специальные меры для её подавления. Но в цепях электросвязи, в полупроводниковых и электронных устройствах несинусоидальность создаётся самим рабочим процессом. Если среднее за период значение тока не равно нулю, то он содержит постоянную составляющую. Для анализа процессов в цепях несинусоидального тока его представляют в виде суммы простых гармонических составляющих, частоты которых равны целым кратным числам основной частоты: I = i₀ + I_1m sin (ωt + α₁)+ I_2m sin (2ωt + α₂) +... + l_km sin (kωt + α_k). Здесь I₀ - постоянная составляющая тока, I_imsin (ωt + α₁) - первая гармоническая составляющая (основная гармоника), остальные члены - высшие гармоники. Расчёт линейных цепей несинусоидального тока на основании принципа суперпозиции (наложения) ведётся для каждой составляющей (так как x_L и x_c зависят от частоты). Алгебраическое сложение результатов таких расчётов даёт мгновенное значение силы (или напряжения) несинусондального тока.

Лит.: Теоретические основы электротехники, 3 изд., ч. 2, М., 1970; Нейман Л. Р., Демирчан К. С., Теоретические основы электротехники, т. 1-2, М.- Л., 1966; Касаткин А. С., Электротехника, 3 изд., М., 1974; Поливанов К. М., Линейные электрические цепи с сосредоточенными постоянными, М., 1972 (Теоретические основы электротехники, т. 1).

А. С. Касаткин.

Рис. 1. График периодического переменного тока i(t).

Рис. 2. Графики напряжения u и тока i в цепи переменного тока при сдвиге фазы φ.

Рис. 3. Схема и графики напряжения u и тока i в цепи, содержащей только активное сопротивление r.

Рис. 4. Схема и графики напряжения u и тока i в цепи, содержащей только индуктивность L.

Рис. 5. Схема и графики напряжения u и тока i в цепи, содержащей только ёмкость С.

Рис. 6. Схема и векторная диаграмма цепи переменного тока с последовательным соединением индуктивности L, активного сопротивления r и ёмкости С.

Переменный ток, являющийся синусоидальной функцией времени вида: i = I_m sin (ωt + φ), где i - мгновенное значение тока, Im - его амплитуда, ω - угловая частота, φ - начальная фаза. Т. к. синусоидальная функция имеет себе подобную производную, то во всех частях линейной цепи С. т. (см. Линейные системы) напряжения, токи и индуцируемые эдс также являются синусоидальными. Целесообразность применения С. т. в технике связана с упрощением электрических устройств и цепей (как и их расчётов).