电磁学

电流

电流表示单位时间内通过导体横截面的电荷量；外电路中的规定电流方向由正极流向负极。

金属中有电场时，自由电子产生定向漂移。规定电流方向定义为正电荷运动方向，因此与电子平均漂移方向相反。闭合电路中的电流由电源维持。

I=\frac{\Delta Q}{\Delta t}\quad(\text{steady current: } I=\frac{Q}{t}),\qquad 1\,\mathrm A=1\,\mathrm{C/s}

定义: 电流

$I$ 是电流，单位为安培（A）； $\Delta Q$ 是在时间间隔 $\Delta t$ 内通过横截面的电荷量。同一时间通过的电荷越多，电流越大。金属导线中的载流子是电子；电解质中正、负离子都参与导电。

比较规定电流与电子漂移方向；调节电流、横截面积、载流子密度和时间，观察定量关系。

电流与漂移速率

在简单的金属导线模型中， $I=n|q|Av_d$ ，其中 $n$ 为载流子数密度， $A$ 为横截面积， $v_d$ 为平均漂移速率。因此即使电子漂移缓慢，电流也可以很大；普通铜线中的漂移速率远低于电信号的传播速度。

例题: 通过导线的电荷量

$0.40$ A 的恒定电流持续 $3.0$ 分钟。求通过导线横截面的电荷量。

解答

换算得 $t=180$ s。 $Q=It=0.40\times180=72$ C。

电流具有规定方向，但基本电路公式中的 $I$ 通常表示其大小。电流变化时，有限时间内的 $\Delta Q/\Delta t$ 只是平均电流；瞬时电流是某一时刻电荷通过的速率。若载流子密度和漂移速度不变而增大导线截面积，每秒通过的载流子增加，因此 $I=n|q|Av_d$ 与截面积成正比增大。

2 s 内有 6 C 电荷通过导线横截面，电流为：

金属导线中电子平均漂移方向与规定电流方向有何关系？