什么是电流:基本原理

当电荷移动时产生电流——这些可能是带负电荷的电子或带正电荷的载流子——正离子。


电流教程包括:
什么是电流?电流单位-安培交流和直流


电流是电学和电子科学中最基本的概念之一——电流是电学的核心。

无论是电加热器、大型电网系统、手机、计算机、远程传感器节点还是其他任何设备,电流的概念都是其运作的核心。

然而,尽管它的影响一直都能被看到、听到和感受到,但它本身通常是看不见的,因此有时很难了解它的真实情况。

雷击是电流流动的一种令人印象深刻的表现
雷击是电流流动的一种令人印象深刻的表现
从马来西亚吉隆坡的双子星塔顶部拍摄的照片

电流的定义

电流的定义:

电流是电路中电荷的流动。更具体地说,电流是经过电路中某一点的电荷流动速率。电荷可以是带负电荷的电子,也可以是带正电荷的载流子,包括质子、正离子或空穴。

电流的大小以每秒库仑为单位,常用的单位是安培或安培,用字母“A”表示。

安培或安培被广泛应用于电气和电子技术中,以及诸如毫安(0.001A)、微安(0.000001A)等乘法器。

阅读更多关于. . . .安培,电流单位。

电路中的电流通常用字母“I”表示,这个字母用在欧姆定律等方程中,其中V=I⋅R。

什么是电流:基本原理

电流的基本概念是,它是电子在物质内的运动。电子是微小的粒子,是物质分子结构的一部分。有时这些电子被紧紧地束缚在分子中,有时它们被松散地束缚在分子中,它们能够相对自由地在结构中移动。

关于电子需要注意的一个非常重要的一点是,它们是带电粒子——它们携带负电荷。如果它们移动,就会有一定数量的电荷移动,这就叫做电流。

同样值得注意的是,能够移动的电子数量决定了一种特定物质的导电能力。有些材料比其他材料更容易传导电流。

自由电子的运动通常是非常随意的——它是随机的——许多电子向一个方向移动,也有许多电子向另一个方向移动,因此没有电荷的总体移动。

在具有自由电子和的导体中,电子的随机运动提供了零电流
带有自由电子的导体中的随机电子运动

如果一个力作用在电子上使它们向一个特定的方向移动,那么它们就会向同一个方向漂移,尽管仍然是一种有点随意的方式,但总体上是向一个方向运动的。

作用在电子上的力称为电动势,或电动势,电动势的量用伏特来表示。

外加电动势作用下的电子流(电流)
外加电动势作用下的电子流

为了对电流是什么以及电流在导体中的作用有更多的了解,可以将电流与水管中的水流进行比较。这种比较有局限性,但它可以作为电流和电流流的一个非常基本的说明。

电流可以被认为像水流过管道。当在一端施加压力时,它迫使水向一个方向移动并流过管道。水流的量与施加在末端的压力成正比。施加在末端的压力或力可以比作电动势。

当压力施加在管道上,或者由于水龙头打开而允许水流动时,水几乎瞬间就流动了。电流也是如此。

要了解电子的流动,需要每秒62.4亿亿亿个电子才能流过一安培的电流。

常规电流和电子流

人们对传统的电流流和电子流常常有许多误解。这一开始可能会让人有些困惑,但它确实非常简单。

沿导体携带电荷的粒子是自由电子。根据定义,电路内的电场方向是正测试电荷被推动的方向。因此,这些带负电的电子向电场相反的方向移动。

电子和常规电流流动
电子和常规电流流动

这是因为最初对静态和动态电流的研究是基于我们现在所说的正电荷载流子。这就意味着早期的电流方向的约定被确定为正电荷运动的方向。这种惯例一直沿用至今。

总而言之:

  • 常规电流:传统的电流流动是从正极到负极,指示了正电荷流动的方向。
  • 电子流程:电子流从负极流向正极。电子带负电荷,因此被吸引到正极,就像不同的电荷吸引一样。
电子和常规电流流动

这是时至今日仍在全球范围内使用的惯例,尽管它可能看起来有点奇怪和过时。

电子或电荷移动的速度

电流传播的速度与实际电子运动的速度有很大的不同。电子本身在导体中四处弹跳,可能只以每秒几毫米的速度沿着导体前进。这意味着,在交流电的情况下,电流的方向每秒钟改变50或60次,大多数电子永远不会离开导线。

举一个不同的例子,在阴极射线管内部的接近真空中,电子以大约十分之一的光速以接近直线的速度运动。

电流的影响

当电流流过导体时,有许多迹象表明有电流流过。

  • 散热:可能最明显的是产生了热量。如果电流很小,那么产生的热量很可能非常小,可能不会被注意到。然而,如果电流较大,则可能产生大量的热量。电火是一个很好的例子,说明了电流是如何产生热量的。实际的热量不仅受电流的影响,还受电压和导体电阻的影响。
  • 磁场效应:另一个可以注意到的效应是导体周围形成了一个磁场。如果电流在导体中流动,那么就有可能检测到这一点。如果把指南针靠近装有相当大直流电的电线,就可以看到指南针的指针发生了偏转。注意,这将不能与主路工作,因为电场的交替太快,以致于针无法响应,并且在同一根电缆中两根电线(带电和中性)靠近将抵消电场。

    电流产生的磁场在许多领域都得到了很好的利用。把一根电线绕成线圈,就可以提高效果,从而制成电磁铁。继电器和许多其他物品都使用这种效果。扩音器也利用线圈中变化的电流在膜片中引起振动,从而使电流转化为声音。

如何测量电流

电流的一个重要方面是知道在导体中可能流动的电流的量。由于电流是电气和电子电路中的一个关键因素,了解电流的流动是非常重要的。

测量电流的方法有很多种。其中最简单的是使用万用表。

如何用DMM测量电流:

使用数字万用表,通过将数字万用表实际放置在携带电流的电路中,可以很容易地测量电流。DMM将给出一个精确的电流在电路中流动的读数

找出如何用数字多用表测量电流。

虽然有其他测量电流的方法,但这是最常见的。


电流是电气和电子技术中最重要和最基本的元素之一。从产生热量到使电路开关,或将信息存储在集成电路中,在电路中流动的电流可以用于多种方式。

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