一、电流
电荷的定向移动形成电流。导体内部存在电场是导体中产生电流的条件。电磁学习惯上把正电荷的运动方向规定为电流方向。这样,导体中电流的方向总是沿着电场方向,从高电位处指向低电位处。
二、电流强度
为了描述电流的强弱程度,规定在单位时间内通过任一截面的电量叫做该截面的电流强度,用表示。设在时间内,通过导体任一截面的电量是,则
当 时,有
大小和方向都不随时间变化的电流称为稳恒电流,简称直流电。对于稳恒电流,有
在国际单位制中,规定电流为基本量,单位:安培(A)。在电子学及某些电磁测量中,由于安培太大,常用毫安(A)、微安(A )作为电流强度的单位。
三、电流密度矢量
电流是标量,它只能描述导体截面的整体电流特征,而不能描述导体中每一点的电流情况。但在实际中,有时会遇到电流在大块导体流动的情况,导体不同部位电流的大小和方向都不一样,形成一定的电流分布。为了描述导体内每一点的电流情况,必须引入一个新的物理量—电流密度矢量 。
定义导体中某一点的电流密度矢量,其数值等于单位时间内通过垂直电流方向的单位面积的电量,其方向为该点正电荷的运动方向。在导体中某一点的附近取一与电流方向垂直的小面元 通过该小面元的电流强度为 则该点的电流密度大小为
如果的法线方向与电流方向的夹角为,则
通过导体任一曲面的电流强度为
即电流强度是电流密度矢量的通量,的直观意义是:通过导体截面的电流线的根数。和都是描述电流的物理量。
单位:安培/米2(A/m2)
四、电流的连续性方程
设在导体内任取一闭合曲面, 在单位时间内从流出的电量,即通过向外流出的电流为。根据电荷守恒定律,单位时间内从 向外流出的电量,应等于单位时间内 面内电量的减少。设在 时间内面的电量变化为,则面内电量的减少为 。因此
上式称作电流的连续性方程。它是电荷守恒定律的积分形式。
五、电流的稳恒条件
稳恒电流是空间各点的不随时间变化的电流,即电流场的分布是不随时间变化的,这就要求电荷分布是稳恒的、不随时间变化的。或者说,对于任意的闭合面,有
上式就是电流的稳恒条件。它表明,通过任一闭合面一侧流入的电量必然等于从另一侧流出的电量。因此稳恒电流的电流线不可能在任何地方中断,它们永远是合线。在稳恒电路中,通过一段导体各个截面的电流相等。
以平行板电容器为例。设平行板电容器的极板面积为,极板间的距离为,两极板间充满juedui介电常数为的均匀电介质,则其电容为而两极板间的电位差 所以平行板电容器电场的能量为 式中是极板间存在电场的空间的体积。在平行板电容器中,电场是均匀场,所以能量也是均匀分布的。在单位体积内的能量,即能流密度为 上式虽然是从平行板电容器推导出来的,但却是 普遍成立的。对于任意电场,总的电场能量是能流密度的体积分,即 在真空中,由于,所以 |