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电流

2024-12-13

电磁学上把单位时间里通过导体任一横截面的电量叫做电流强度，简称电流(Electric current)，电流符号为 I，单位是安培（A），简称"安"（安德烈·玛丽·安培，1775~1836，法国物理学家、化学家，在电磁作用方面的研究成就卓著，对数学和物理也有贡献。电流的国际单位安培即以其姓氏命名）。
导体中的自由电荷在电场力的作用下做有规则的定向运动就形成了电流。
电学上规定：正电荷定向流动的方向为电流方向。此外，工程中也以正电荷的定向流动方向为电流方向，电流的大小则以单位时间内流经导体截面的电荷Q来表示其强弱，称为电流强度。
大自然有很多种承载电荷的载子。例如：导电体内可移动的电子、电解液内的离子、等离子体内的电子和离子、强子内的夸克。这些载子的移动，形成了电流。

定义

单位

电流的强弱用电流强度来描述，电流强度是单位时间内通过导体某一横截面的电荷量，简称电流，用I表示。
电流强度是标量，习惯上常将正电荷的运动方向规定为电流的方向。在导体中，电流的方向总是沿着电场方向从高电势处指向低电势处。在国际单位制中，电流强度的单位是安培（A），它是SI制中的七个基本单位之一。
一些常见的电流：电子手表 1.5μA~2μA，白炽灯泡 200mA，手机 100mA，空调 5A~10A，高压电 200A，闪电 20000A~200000A。
定义公式：

即：在一段时间Δt内，通过导体横截面的电荷量ΔQ，单位是库仑；Δt为电荷通过导体的时间，单位是秒。

方向

物理上规定电流的方向，是正电荷定向运动的方向（即正电荷定向运动的速度的正方向或负电荷定向运动的速度的反方向）。电流运动方向与电子运动方向相反。
电荷指的是自由电荷，在金属导体中的自由电荷是自由电子，在酸、碱、盐的水溶液中是正离子和负离子。
在电源外部电流由正极流向负极，在电源内部由负极流回正极。

电流密度

电流密度是一种度量，以矢量的形式定义，其方向是电流的方向，其大小是单位截面面积的电流。采用国际单位制，电流密度的单位是"安培/米 2"。定义式为：

其中Dk是电流密度，单位为A/m2，I是电流强度，单位为A，S是负极（或正极）的总面积，m2。

表达式

通过导体横截面的电荷量Q跟通过这些电荷量所用的时间t的比值称为电流，也叫电流强度。即I=Q/t。如果在1s内通过导体横截面的电荷量是1C，导体中的电流就是1A。
决定电流大小的微观量：在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取两个截面B和C，设导体的横截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个电荷的电荷量为e，电荷的定向移动速率为v，则在时间t内处于相距为vt的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C。由

，可得I=nesv。
其中，
n：表示单位体积内的自由电荷数；
e：自由电荷的电量；
s：为导体横截面积；
v：为自由电荷定向移动的速率。
在

中，如果正负离子同时移动形成电流，那么Q为两种电荷的电量和。
电流的方向与正电荷在电路中移动的方向相同。在日常的电路中，其实并不是正电荷移动，而是负电荷的移动。金属中的自由电子带负电，在电路中移动的方向为电流的反向。电流与电压、电阻间的关系为：

（部分电路欧姆定律）。

串联电路

假设n个用电器串联，则
电流：I总=I1=I2…=In（串联电路中，电路各部分的电流相等）；
电压：U总=U1+U2…+Un（总电压等于各部分电压之和）；
电阻：R总=R1+R2…+Rn（总电阻等于各部分电阻之和）。

并联电路

假设n个用电器并联，则
电流：I总=I1+I2…+In（并联电路中，干路电流等于各支路电流之和）；
电压：U总=U1=U2…=Un（各支路两端电压相等并等于电源电压）；
电阻：

（总电阻倒数等于各部分电阻倒数之和）。当2个用电器并联时，有以下推导公式：

电阻公式推导方法

（1）串联
由U总=U1+U2…+Un，得到I总R总=I1R1+I2R2…+InRn。因为串联电路各部分电流相等，即I总=I1=I2…=In，所以得到：R总=R1+R2…+Rn（例如：一个3Ω的电阻和一个6Ω的电阻串联，其串联的总电阻为9Ω）。
2）并联
由I总=I1+I2…+In，得到U总/R总=U1/R1+U2/R2…+Un/Rn。因为并联电路各部分电压等于总电压，即U总=U1=U2…=Un，所以得到：

（例如：一个3Ω的电阻和一个6Ω的电阻并联，其并联的总电阻为2Ω）。
对于只有两个电阻并联的部分来说，可以继续推导出以下公式：由

可知

由上面的公式还可以得到一个结论：串联的总电阻大于其任意一分电阻，并联的总电阻小于其任意一分电阻。

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