電流與電流密度的區別和聯係
一、電流
1、要了解電流的實質,應從物質內部結構進行分析。物質由分子組成,分子由原子組成,原子由帶正電的原子核和帶負電的電子組成。在通常況下,原子核所帶的正電荷數等於核外電子所帶的負電荷數,所以原子是中性的,不顯電性,物質也不顯電性。當給予一定外加條件時(如接上電源),就迫使金屬或某些溶液中的電子發生有規則的運動。
2、電荷有規則的定向運動稱為電流。在金屬導體中,電流是電子在外電場作用下有規則的運動形成的。在某些液體或氣體中,電流則是正離子或負離子在外電場作用下有規則運動形成的。導體中的這種電流也稱為傳導電流。
3、在不同的導電物質中,形成電流的運動可以是正電荷,也可以是負電荷,甚至兩者都有。為統一起見,規定以正電荷移動的方向為電流的方向。在金屬導體中電子運動而形成的電流方向與電子流方向相反。
4、在分析或計算電路時,常常要求出電流的方向。但當電路比較複雜時,某段電路中電流的實際方向往往難以確定,此時可先假定電流的參考方向(也稱正方向),然後列方程求解,當解出的電流為正值時,就認為電流方向與參考方向一致,反之,當電流為負值時,就認為電流方向與參考方向相反。
5、電流的大小取決於在一定時間內通過導體橫截麵的電荷量多少。在相同的時間內通過導體橫截麵的電荷量越多,就表示流過該導體的電流越強,反之越弱。電流的大小用電流強度來衡量,通常規定:一秒鍾內通過導體橫截麵的電量稱做電流強度,以字母Ⅰ表示。若在t秒鍾內通過導體橫截麵的電量是Q庫侖,則電流強度Ⅰ就可用下式表示:
I=Q/t
電流強度的單位是安培。若在1秒鍾內通過導體橫截麵的電量為1庫侖,則電流強度就是1安培。
安培簡稱安,以字母A表示。除安培外,常用的電流強度單位還有千安(kA)、毫安(mA)、微安(μA),它們之間的換算關係為:
1千安(kA)=10?安(A)
1安(A)=10?毫安(mA)
1毫安(m)=10?微安(μA)
為了方便,人們常把電流強度簡稱為電流。這樣電流這一名詞不但表示一種物理現象,而且也代表一個物理量。
6、電流分交流電流和直流電流兩大類。凡方向不隨時間變化的電流都稱直流電流,而大小和方向都不隨時間變化的電流稱穩恒電流;凡大小和方向都隨時間變化的電流稱交流電流或交變電流。
7、交流電流的大小是隨時間變化的,我們可以在一個很短的時間△t內研究它的大小。在△t時間內,若導體橫截麵的電量變化是△Q。則瞬時電流強度i為:
i=△Q/△t
8、一個實際電路中的電流大小可以用電流表來測量。測量時必須把電流表串聯在電路中,並使電流從表的正端流入,負端流出。同時要選擇好電流表的量程(測量範圍)。使其大於實際電流的數值,否則可能燒壞電流表。
二、電流密度
1、在實際作工中,有時需要選擇導線的截麵,這就要用到電流密度這一概念。所謂電流密度就是當電流在導體的橫截麵上均勻分布時,該電流與導體橫截麵積的比值。這樣電流密度J可用下式表示:
J=I/S
上式中當電流強度I用A作單位、麵積S用mm?作單位時,電流密度的單位是A/mm?。
2、導線允許的電流密度隨導體截麵不同而不同。例如,1mm?的銅導線允許通過6A的電流;2.5mm?的銅導線允許通過15A的電流(J=6);120mm?的銅導線允許通過280A的電流(J=2.3)。當導線中通過的電流超過允許電流時,導線將發熱、甚至冒火而出現事故。
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