恒定电流条件和导电规律

2011-08-19 14:13:06来源: 互联网

一、电流强度和电流密度

在导体中存在大量可以自由运动的带电粒子,带电粒子的定向运动就形成电流,提供电流的带电粒子就称为载流子。在金属导体中载流子是自由电子,在电解液导体中载流子是正、负离子,在电离的气体中载流子是正、负离子和电子。在本章中,我们主要讨论金属导体的情形。

在一般的导体中,在没有电场作用时载流子只作热运动,不形成电流。在受到电场作用时,载流子将作定向运动从而形成电流,不过这个电场不应该是静电场,因为静电场作用于导体,将出现静电平衡,导体内部电场将消失,电流只能维持短暂的一瞬间。关于如何将电场施加于导体内部,将在本节的最后讨论。

为了描述电流的强弱,我们引入电流强度这个量,定义为单位时间内通过导体截面的电量,常用符号I表示。电流强度常简称为电流。如果在dt时间内通过导体某截面的电量为dQ,则通过该截面的电流为

 . (10-1)

电流强度是标量,但由于电荷在导线中流动有正、反两个方向,所以电流有正、负之分,是代数量。而电流的正、负是按照预先选定的标定方向来确定的,与标定方向相同流向的电流为正电流,与标定方向相反流向的电流为负电流。

习惯上我们把正载流子的流动方向代表电流的方向。显然,正载流子沿某方向流动所形成的电流,与负载流子沿相反方向作相同流动所形成的电流是等同的。这种等同性只限于载流子所形成的电流的大小和方向、电流所产生的磁场等方面,而对于霍耳效应、电流的化学效应等,正载流子的运动与负载流子沿相反方向的运动,具有不同的效果。

在国际单位制中,电流强度是七个基本物理量之一,其单位A (安培),是七个基本单位中的一个。关于这个单位的定义,我们将在以后给出。

电流强度反映了单位时间内载流子通过导体整个横截面的状况,不涉及载流子穿越该横截面各处的细节。如果导体的粗细不均匀,在大截面上各处和小截面上各处载流子的分布状况显然是不同的。为了描述电流的分布,需要引入另一个物理量,即电流密度。电流密度是矢量,它在导体中任意一点的方向与正载流子在该点的流动方向相同,它的大小等于通过该点并垂直于电流的单位截面的电流强度。如果流过导体中某点处垂直于电流方向的面元dS的电流强度为dI,则该点的电流密度可以表示为

 , (10-2)式中n是面元dS的法向单位矢量。若同一点处的另一面元dS¢不垂直于电流,其法线n¢与该处电流密度j之间有一夹角q,如图10-1所示。根据式(10-2),该处电流密度的大小可以表示为

 ,

所以

 . (10-3)

上式表示,通过任一面元单位面积的电流强度,等于该处电流密度矢量沿该面元法向的分量。

在国际单位制中,电流密度的单位是A × m-2(安培/米2)。

由电流密度的定义可知,通过导体中任一曲面S的电流I可以表示为

 . (10-4)

将上式与电通量定义式(9-22)相比较,可以看出,Ij的关系是一个通量与其矢量场的关系。在有电流流过的导体中,每一点都具有一定大小和方向的电流密度矢量,这些矢量就构成了矢量场,称为电流场。为形象描述电流场中电流的分布,引入电流线,电流线是按照这样的规定所画的一系列曲线:曲线上每点的切线方向都与该点的电流密度矢量的方向相同。由电流线围成的管状区域,称为电流管。显然,在恒定条件下,通过同一电流管的任一横截面的电流是相等的。

关键字:条件  导电  规律

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0819/article_11599.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
条件
导电
规律

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved