电流

title: 符号.
content: 电流惯例上的符号是formula_1,来自法语"intensité de courant",意为电流强度。符号formula_1最早是由法国科学家安德烈-马里·安培 (André-Marie Ampère) 使用,电流单位安培也因此来命名。此标记法由法国流传到英国,成了那里的标准,但在1896年时仍有期刊用formula_3表示电流,而不是用现在常见的formula_1。
title: 公式与单位.
content: 电流的方向与正电荷在电路中移动的方向相同。实际上并不是正电荷移动,而是负电荷移动。电子流是电子(负电荷)在电路中的移动,其方向为电流的反向。电流强度可以用公式表达为  其中,formula_1为电流(单位是安培),formula_7为电量(单位是库仑),formula_8为时间(单位是秒)。
title: 物理概念.
title: 在各种介质内的电流的物理性质.
title: 金属.
content: 在固态金属导体内,有很多可移动的自由电子。虽然这些电子并不束缚于任何特定原子,但都束缚于金属的晶格内。甚至于在没有外电场作用下,因为热能,这些电子仍旧会随机地移动。但是,在导体内,平均净电流是零。挑选导线内部任意截面,在任意时间间隔内,从截面一边移到另一边的电子数目,等于反方向移过截面的数目。如同乔治·伽莫夫在他发表于1947年的科学畅销书《One, Two, Three...Infinity》谈到:  给予一个直流的电压源,例如,电池,当连接一根导线于它的两个接头时,电压源会施加电场于整个导线。在连接动作完成的同时,导线的自由电子会感受到电场力,因而往正极接头漂移。在这里,自由电子是电荷载子。假设在一秒内,一库仑(6.242 × 10个电子)的电荷漂移过导线的任意截面,则电流为一安培。  对于稳定的电流,电流量formula_1可以用以下方程序计算:  其中,formula_7是传输的电荷,formula_8是时间。  更一般地,电流可以表达为电荷随时间的变化率,也就是电荷对于时间的导数:
title: 其它介质.
content: 在固态金属内,电荷流动的载子是电子,从低电势流到高电势。在其它种介质内,任何电荷载子的载子流都可以形成电流。  在真空内,可以制作一个离子束(英语:ion beam)或电子束。这也是一种电流。在有些传导性物质内,电流是由正电荷载子和负电荷载子共同形成的。在像质子导体(英语:proton conductor)一类的物质内,电流可能完全是由正电荷载子形成。例如,在水溶液内,电解质会导电,电流内的正价氢离子(质子)朝着某方向流动,负价的硫酸根离子朝着反方向流动。在电花(英语:spark)或电浆内的电流内有电子、正离子、负离子。在半导体内,可以视电流为正值电洞(一个呈电中性的原子,由于少了一个负电的电子,所以那里就会呈现出一个正电性的空位)的流动。这种半导体称为P型半导体。
title: 电流密度.
content: 电流密度是一种度量,以向量的形式定义,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/平方米」。用方程序表达,  其中,formula_1是电流,formula_16是电流密度,formula_17是截面面积向量。  根据欧姆定律的另一种形式,电流密度与电场formula_18和物质的电导率formula_19的关系可以表达为
title: 漂移速度.
content: 在导体内,可移动的电荷载子不停的随机移动,就像气体的粒子。为了要有净电流,电荷载子移动的平均漂移速度必须不等于零。电子是金属的电荷载子。电子移动的路径没有任何规律,从一个原子撞到另一个原子,但大致朝着电场的方向漂移。它们漂移的速度可以由以下方程序给出:  其中,formula_1是电流,formula_23是单位体积的载子数目(载子密度),formula_24是每一个载子的电荷量,formula_25是导体的截面面积,formula_26是漂移速度。  固体内的电流通常流动地非常慢。例如,假设截面面积为0.5 mm的铜线,载有电流5安培。那么,其电子的漂移速度大约为1毫米每秒。再擧一个例子来比较,在阴极射线管的近真空内,电子移动的速度大约为光速的十分之一。  呈加速度运动中的电荷,会产生电磁波。因此,随着时间变化的电流,会产生电磁波,以非常高的速度,传播于导体之外。电磁波传播的速度通常相当接近光速,比漂移速度快很多倍。这事实的相关理论可以由马克士威方程组推导出。在电线里的交流电流,可以从源头传输电力到很远的负载点,虽然,在电线里的电子只来来回回地移动很少的距离。  电磁波的传播速度和自由空间的光速的比例,称为速度因子(英语:velocity factor),与导体的电磁性质和外面包装的绝缘体、形状、尺寸等等有关。  漂移速度、传播速度、随机运动速度,这三种速度可以类比于气体的三种速度。比较慢的电子漂移速度类比于风速。比较快的电磁波传播速度类比于气体的音速。电子的随机运动类比于气体粒子的热速度(英语:thermal velocity)。
title: 电磁性质.
content: 导线所载有的电流,会在四周产生磁场,其磁场线是以同心圆图案环绕着导线的四周。  使用电流表可以直接地测量电流。但这方法的缺点是必须切断电路,将电流表置入电路中间。如果改用间接测量电流四周的磁场的方法,也可以测量出电流强度,同时不需要切断电路。应用这方法来测量电流的仪器有霍尔效应传感器、电流钳、变流器、罗果夫斯基线圈。
title: 欧姆定律.
content: 欧姆定律阐明,通过一个理想电阻器的电流,等于电阻器两端的电压除以电阻:  其中,formula_1是电流(单位是安培),formula_29是电压(单位是伏特),formula_30是电阻(单位是欧姆)。
title: 常规.
title: 电流方向.
content: 正电荷的流动给出的电流,跟负电荷的反方向流动给出的电流相同。因此,在测量电流时,流动的电荷的正负值通常可以忽略。根据常规,假设所有流动的电荷都具有正值,称这种流动为常规电流。常规电流代表电荷流动的净效应,不需顾虑到载子的电荷的正负号是什么。  在固态金属内,正电荷载子不能流动,只有电子流动。由于电子载有负电荷,在金属内的电子流动方向与常规电流的方向相反。
title: 电路内的电流参考方向.
content: 当解析电机电路问题时,通常,工程师并不知道电流通过一个电路元素的真实方向。对于电路的解析,这并不重要,工程师可以任意地设定每一个电流变量的参考方向。当电机电路问题解析完毕后,通过电路元素的电流可能会拥有正值或负值。负值电流意指著,通过电路元素的电流的真实方向,相反于参考方向。
title: 交流和直流.
content: 交流(AC)和直流(DC)是二种不同的电气讯号型式,AC是变动电流(alternating current)的简称,原意是指周期性正负变化的电流,DC是直接电流(direct current)的简称,原意是指方向固定不变的电流,不过除了形容电流外,也常用交流和直流来形容电压。
title: 直流.
content: 直流(DC)原来的英文名称是galvanic current,也称原义是指电荷的单向流动,一般是由像电池、太阳能电池等设备产生。直流电流可以在导体(例如电线)中流动,也可以在半导体、绝缘体中流动,甚至在真空也可以以离子束的方式流动。在直流电中,电子以固定的方向流动,和交流电不同。
title: 交流.
content: 交流(AC)原义是指电荷的运动会周期性的变换方向,和直流不同,直流电流的电荷只会单方向流动。一般商业、住家及工业用电多半是交流电,例如一般插座提供的电就是交流电。最常见的交流电波形是正弦波,但在特殊应用中也会出现其他的波形,像三角波或方波。像调幅广播及调频广播的讯号也是交流的例子之一,其目的是在利用调变技术,在交流讯号中加入要传递的讯号后传递,而接收端可以再还原为原始的讯号。  交流讯号有周期性的变化,其周期的倒数即为频率,常见的电源频率为50或60Hz。有些交流讯号的频率为定值,也有些不是定值,像调频广播的频率就不是固定值。
title: 自然发生形式.
content: 在大自然可以观测到的电流有闪电和太阳风等等例子。太阳风是从恒星上层大气射出的超高速(带电粒子)流,会造成极光(北极光和南极光)。人造的电流包括传导电子的流动于金属导线、高压电线的长距离传输电力、电机设备内的细小导线、电路板的金属线路等等。在电子学里,电流的形式包括电子的流动通过电阻器、电子的移动通过真空管的真空、离子的流动于电池或神经细胞、电洞的流动于半导体。
title: 电击安全须知.
content: 使用电器的时候,必须特别注意到用电安全,才不致遭到电击意外。当接触电源,身体的某一部位有电流通过时,我们说此部位遭到电击。电流通过身体的流量大小和时间长短决定了电击的后果。这与接触的程度、身体的部位、电源的电压等等,有很大关系。虽然微小的电击只会产生刺痛感觉,但是大幅度的电击,假若接触到皮肤,会造成严重灼伤,假若通过心脏,会造成心搏停止。电击的后果因人而异。  电器过热也很危险,因为电线的绝缘体会熔化,引起短路。超过负载限度的高压电线时常会造成火灾。将一个很小的三号电池跟金属钱币放在口袋里,很可能会引起短路,使得电池和钱币快速加热,因而造成灼伤。镍镉电池、镍氢电池、锂电池,这三种电池特别危险,由于内电阻很低,它们可以给出很大的电流。

Summary: 电流是电荷的平均定向移动。电流的大小称为电流强度,是指单位时间内通过导线某一截面的电荷,每秒通过1库仑的电荷量称为1安培。安培是国际单位制七个基本单位之一。安培计是专门测量电流的仪器。