電學:電流及相關概念

2021-01-12 蝸牛談原理

一、電流

1.產生條件:①導體中有自由電荷;②導體兩端存在電壓。

2.定義:通過導體橫截面的電量跟通過這些電荷量所用時間的比值叫作電流。公式:I(A)=Q(C)/t(s)。

電流只能在導體內流動

3.電流是標量但有方向,規定正電荷定向移動的方向為電流的方向(或與負電荷定向移動的方向相反)。單位:安培(A),1A=103mA=106μA。

4.微觀表達式假設AD表示粗細均勻的一段導體l,兩端加一定的電壓,導體中的自由電荷沿導體定向移動的速率為v,設導體的橫截面積為S,導體每單位體積內的自由電荷數為n,每個自由電荷所帶的電荷量為q。AD導體中的自由電荷總數:N=nlS,總電荷量Q=Nq=nlSq。

電流的出現對人類來說是實質性的改變

所有這些電荷都通過橫截面D所需要的時間:t=l/v。所以導體AD上的電流:I=Qt=nlSq/(l/v)=nqSv。由此可見,從微觀上看,電流取決於導體中自由電荷的密度、電荷量、定向移動速度,及導體的橫截面積。

5.電流的分類:方向和大小都不改變的電流叫直流電流;大小和方向都隨時間作周期性變化而且在一周期內的平均值等於零的電流叫交變電流。

二、電流密度

電流密度:通過導體內垂直於電流方向單位面積的電流為電流密度,其為矢量。j=qnv。電流密度的單位:A/m2。由電流密度的定義,通過導體內任一曲面S的電流為:I=∮Sj·dS=∮SjdScosθ。

三、電流的效應

電流的熱效應

1.電流的熱效應:電流通過任何導體時,都會放出熱量產生熱效應。例如:電爐中的電阻絲通電會發熱;白熾燈泡通電,鎢絲會發熱,溫度可達到2000 ℃以上,呈白熾狀態而發光;還有電熨鬥、電飯鍋等。電流的熱效應是把電能轉化為內能。

2.電流的磁效應:電流通過導體時,導體周圍產生磁場,這種現象叫電流的磁感應。例如,電流通過螺線管時,周圍出現與條形磁鐵相似的磁場,這種現象就是電流的磁效應。電磁鐵就是利用了電流的磁效應製成的。

電流的磁效應

3.電流的化學效應:電流通過酸、鹼、鹽的水溶液時,會發生化學變化,這種現象叫電流的化學效應。例如:工業上用來電解鋁、電解銅、電解水以及電鍍等就是利用了電流的化學效應。

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