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科学上把单位时间里通过导体任一横截面电量叫做电流强度,简称电流(electric current)。通常用字母 I表示,它的单位是安培(安德烈·玛丽·安培),1775年—1836年,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),简称“安”,符号 “A”,也是指电荷在导体中的定向移动。

导体中的自由电荷电场力的作用下做有规则的定向运动就形成了 电流。

电源的电动势形成了电压,继而产生了电场力,在电场力的作用下,处于电场内的电荷发生定向移动,形成了电流。每秒通过1库仑的电量称为1「安培」(A)。安培是国际单位制中所有电性的基本单位。 除了A,常用的单位有千安(kA)毫安(mA)、微安(μA)1A=1 000mA=1 000 000μA,电学上规定:正电荷定向流动的方向为电流方向。金属导体中电流微观表达式I=nesv,n为单位体积内自由电荷数,e为电子的电荷量,s为导体横截面积,v为电荷速度。

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。

基本信息

  • 中文名

    电流

  • 外文名

    electric current

  • 应用学科

    物理学

  • 符号

    I

  • 表达式

    I=Q/t,I=U/R

  • 单位

    安培(A)

  • 物理意义

    单位时间内通过横截面积电量的多少

折叠 编辑本段 基本介绍

折叠 定义

单位时间内通过导体横截面的电荷量,。叫电流,通常用I代表电流,表达式I=Q/t(其中Q为电荷量,单位为库伦;t为时间,单位为秒),电流的单位是安培(这个单位是为了纪念法国物理学家安培在电学研究中的巨大贡献而命名的),简称“安”,符号为“A”。

电流电流电流是物理学中的七个基本量纲之一(另外6个分别为:长度m、时间s、质量kg、热力学温度K、 发光强度cd、物质的量mol)。电流分直流和交流两种,电流的方向不随时间的变化的叫做直流,电流的大小和方向随时间变化的叫交流,交流电的单位是赫兹,符号为Hz,表示单位时间内电流方向发生周期性改变的次数。

电流是指一群电荷的流动[1]。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量,每秒通过一库仑的电量称为一「安培」(Ampere)。安培是国际单位制中的一种基本单位[1]。有的时候,电流很小,例如,手电筒中的电流只有1A的百分之几或者十分之几,这时,我们常常用比较小的电流单位毫安(mA)和微安来表示。电流表是专门测量电流的仪器承载电荷的载子电子-模型图承载电荷的载子电子-模型图

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、电浆内的电子和离子、强子内的夸克[2]。这些载子的移动,形成了电流。

折叠 单位

国际单位制中电流的基本单位是安培。1安培定义为:在真空中相距为1米的两根无限长平行直导线,通以相等的恒定电流,当每米导线上所受作用力为2×10⁻⁷ N时,各导线上的电流为1A。

初级学习中1安培的定义:1秒内通过导体横截面的电荷量为1C

换算方法:电流电流1KA=1000A

1A=1000mA

1mA=1000μA

1μA=1000nA

1nA=1000pA

一些常见的电流:电子手表1.5-2μA ,白炽灯泡200mA,手机100mA ,空调5-10A,高压电 200A,

闪电20000~200000A

定义公式:I=Q/t[1]

折叠 获得持续电流的条件

电路中保持有恒定的电动势电力场)。

电路连接好,闭合开关,处处相通的电路叫做通路(也称为闭合电路)。

开关未合闭,或电线断裂、接头松脱致使线路在某处断开的电路,叫做开路(也称为断路)。电流电流导线不经过用电器直接跟电源两极连接的电路,叫做短路。

折叠 电流规律

(串联电路(n个用电器串联):

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(n个用电器并联):

电流电流

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:1/R总=1/R1+1/R2....+1/Rn(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:R总=R1R1/(R1+R2)

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:

1/R总=1/R1+1/R2....+1/Rn(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1/R总=1/R1+1/R2....+1/Rn可知:1/R总=1/R1+1/R2=R2/R1R2+R1/R1R2=(R1+R2)/R1R2

所以R总=R1R1/(R1+R2)

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

折叠 编辑本段 形成原因

因为有电压(电势差)的存在,所以产生了电力场强,使电路中的自由电荷受到电场力的作用而产生定向移动,从而形成了电路中的电流。

折叠 编辑本段 表达公式

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I=Q/t可得I = neSv

电流电流

其中:

n:表示单位体积内的自由电荷数

e:电子的电量

S:为导体横截面积

v:为自由电子定向移动的速率。

折叠 编辑本段 计算公式

I= Q/t =neSv (1A=1C/s)

I=U/R (部分电路欧姆定律)或I=E(电动势)/(R[外]+r[内]) 或I=E/(R+Rg[检测器电阻]+r)(闭合电路欧姆定律)

在I= Q/t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 

英语解释:

电流电流

Current which is also called current strength, is an expression form which shows the pass of the electric quantity in a stated times. The symbol of current is (I) and the unit of current is (A). I=Q/t

折叠 编辑本段 与电阻的关系

折叠 欧姆定律

很早以前,人们就有有关电流、电压关系的猜想(当时没有电阻这一概念),但由于那时候没有能提供稳定电压的电源,所以这些猜想知道很久以后才被人类系统地总结出来。世界上第一个系统研究电流、电压与电阻关系的人是欧姆(1789~1854)。在大量实验的基础上,欧姆总结出了它们三者的关系:电压一定时,电流与电阻成反比;电阻一定时,电流与电压成正比,用公式表示就是:I=U/R。

除此之外,欧姆还在他其它的著作中说明了影响电阻的因素,其公式可以表达为R=ρL/S(ρ为导体电阻率,L为导体长度,S为导体横截面积)

折叠 物理学家——欧姆简介

乔治·西蒙·欧姆(1789~1854),德国物理学家,生于巴伐利亚埃尔兰根城。欧姆的父亲是一个技术熟练的锁匠,对哲学数学都十分爱好。欧姆从小就在父亲的教育下学习数学并受到有关机械技能的训练,这对他后来进行研究工作特别是自制仪器有很大的帮助。欧姆的研究,主要是在1817~1827年担任中学物理教师期间进行的。他的研究工作是在十分困难的条件下进行的。他不仅要忙于教学工作,而且图书资料和仪器都很缺乏,所以他只能利用业余时间,自己动手设计和制造仪器来进行有关的实验。1826年,欧姆发现了电学上的一个重要定律——欧姆定律,这是他最大的贡献。这个定律在我们今天看来很简单,然而它的发现过程却并非如一般人想象的那么简单。欧姆为此付出了十分艰巨的劳动。在那个年代,人们对电流强度、电压电阻等概念都还不大清楚,特别是电阻的概念还没有,当然也就根本谈不上对它们进行精确测量了;况且欧姆本人在他的研究过程中,也几乎没有机会跟他那个时代的物理学家进行接触,他的这一发现是独立进行的。欧姆独创地运用库仑的方法制造了电流扭力秤,用来测量电流强度,引入和定义了电动势、电流强度和电阻的精确概念。

欧姆发现了电阻中电流与电压的正比关系,即著名的欧姆定律欧姆欧姆他还证明了导体的电阻与其长度成正比,与其横截面积和传导系数成反比,以及在稳定电流的情况下,电荷不仅在导体的表面上,而且在导体的整个截面上运动。为纪念欧姆在电学上的重要贡献,国际物理协会将电学中电阻的单位命名为欧姆,用希腊字母欧米伽(Ω)来作为电阻的符号,欧姆的名字也被用于其他物理及相关技术内容中,比如“欧姆接触”“欧姆杀菌”,“欧姆表”等。

折叠 编辑本段 电流分类

电流分为交流电流和直流电流。

交流电:插电源的用电器使用的是交流电

直流电:使用外置电源的用电器用的是直流电

交流电一般是在家庭电路中有着广泛的使用,有220V的电压,属于危险电压。

直流电则一般被广泛使用于手机(锂电池)之中。像电池(1.5V),锂电池蓄电池等被称之为直流电。

折叠 编辑本段 研究方向

物理上规定电流的方向,是正电荷定向移动的方向。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又叫自由离子,在酸,碱,盐的水溶液中是正离子和负离子。

在电源外部电流沿着正电荷移动的方向流动。在电源内部由负极流回正极。

折叠 编辑本段 产生条件

1.必须具有能够自由移动的电荷(金属中只有负电荷移动,电解液中为正负离子同时移动)。

2.导体两端存在电压差(要使闭合回路中得到持续电流,必须要有电源)。

3.电路中必须有闭合回路,形成通路。

折叠 编辑本段 相关信息

折叠 测量仪器-电流表

学生用电流表(部分电流表0刻度线前方会有一定的负量程,是为了防止反接时指针偏转造成的损坏)

电流表的特点:内部电阻很小(在初步分析过程中可将其电阻视为0)

电流表的符号:A(即电流的单位)

使用电流表的注意事项:  

电流电流

电流电流

1.电流表要与被测用电器串联。

2.正负接线柱的接法要正确:使电流从正接线柱流入,从负接线柱流出,俗称正进负出。

3.被测电流不能超过电流表的量程。(否则会烧坏电流表)

大量程:0~3A(每大格1A,每小格0.1A)

小量程:0~0.6A(每大格0.2A,每小格0.02A)

4.因为电流表内阻太小(相当于导线),所以绝对不允许不经过用电器而把电流表直接连到电源的两极上。

5.确认目前使用的电流表的量程。

6.确认每个大格和每个小格所代表的电流值。

7.先试触,出现问题时先解决

电流表使用常见问题及常见原因

(1)指针不偏转(电路中出现断路)。

(2)指针偏转过激,电流表会烧坏(电流表与用电器或电源并联)。

(3)指针偏转很小(导线与接线柱接触点接触不良,产生了较大的接触阻抗)。

(4)指针反向偏转(电流表接线柱反接)。

普通电流表普通电流表

带有缓冲量程的电流表带有缓冲量程的电流表

电流表的错误使用造成的后果

1 电流表与用电器并联

会造成电路中电流增大,与之并联的用电器会被短接(又称局部短路),严重时可 能会导致电流表或电源烧坏,甚至引发电火灾。

2 电流表与电压表串联:

电流表几乎没有示数(指针几乎在“0”刻度线不动),电压表指针有较大   偏转(示数约为电源电压)

折叠 钳形电流表

钳形电流表(简称钳表),是集电流互感器与电流表于一身的仪表,其工作原理与电流互感器测电流是一样的。钳形表是 由电流互感器和电流表组合而成。电流互感器电流电流的铁心在捏紧扳手时可以张开,被测电流所通过的导线可以不必切断就可穿过铁心张开的缺口,当放开扳手后铁心闭合。穿过铁心的被测电路导线就成为电流互感器的一次线圈,其中通过电流便在二次线圈中感应出电流。从而使二次线圈相连接的电流表便有指示——测出被测线路的电流。

钳形电流表分高、低压两种,用于在不拆断线路的情况下直接测量线路中的电流。其使用方法如下:

1.使用高压钳形表时应注意钳形电流表的电压等级,严禁用低压钳形表测量高电压回路的电流。用高压钳形表测量时,应由两人操作,非值班人员测量还应填写第二种工作票,测量时应戴绝缘手套,站在绝缘垫上,不得触及其它设备,以防止短路或接地。

2.当电缆有一相接地时,严禁测量。防止出现因电缆头的绝缘水平低发生对地击穿爆炸而危及人身安全。

3.钳形电流表测量结束后把开关拔至最大程档,以免下次使用时不慎过流;并应保存在干燥的室内

4.观测表计时,要特别注意保持头部与带电部分的安全距离,人体任何部分与带电体的距离不得小于钳形表的整个长度。

5.在高压回路上测量时,禁止用导线从钳形电流表另接表计测量。测量高压电缆各相电流时,电缆头线间电流电流距离应在300mm以上,且绝缘良好,待认为测量方便时,方能进行。

6.测量低压可熔保险器或水平排列低压母线电流时,应在测量前将各相可熔保险或母线用绝缘材料加以保护隔离,以免引起相间短路。

折叠 电流三大效应

热效应

导体通电时会发热,把这种现象叫做电流热效应。例如:比较熟悉的焦耳定律(Q=I²Rt):是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。

磁效应

电流的磁效应(动电会产生磁):奥斯特发现:任何通有电流的导线,都可以在其周围产生磁场的现象,称为电流的磁效应。(毕奥-萨法尔定律)

化学效应

电的化学效应主要是电流中的带电粒子(电子或离子)参与而使得物质发生了化学变化。化学中的电解水或电镀等都是电流的化学效应。(法拉第电解定律)

折叠 物理学家——安培简介

人物姓名:安培(1775~1836)

人物国别:法国电流电流物理学家,数学家

安培(André-Marie Ampère 1775~1836年),法国物理学家,对数学和化学也有贡献。1775年1月22日生于里昂一个富商家庭。年少时就显出数学才能。他的父亲信奉J.J.卢梭的教育思想,供给他大量图书,令其走自学的道路,于是他博览群书,吸取营养;卢梭关于植物学的著作燃起了他对科学的热情。安培小时候记忆力极强,数学才能出众。他父亲受卢梭(1712-1778)的教育思想的影响很深,决定让安培自学,经常带他到图书馆看书。安培自学了《科学史》、《百科全书》等著作。他对数学最着迷,13岁就发表第一篇数学论文,论述了螺旋线。1799年安培在里昂的一所中学教数学。1802年二月安培离开里昂去布尔格学院讲授物理学和化学,四月他发表一篇论述赌博的数学理论,显露出极好的数学根底,引起了社会上的注意。后来应聘在拿破仑创建的法国公学任职。1808年安培任法国帝国大学总学监,1809年任巴黎工业大学数学教授。1814年当选为法国科学院院士。1824年任法兰西学院实验物理学教授。1827年当选为英国伦敦皇家学会会员。他还是柏林、斯德哥尔摩等科学院的院士。

科学成就:

1.安培最主要的成就是1820~1827年对电磁作用的研究。

①发现了安培定则

奥斯特发现电流磁效应的实验,引起了安培注意,使他长期信奉库仑关于电、磁没有关系的信条受到极大震动,他全部精力集中研究,两周后就提出了磁针转动方向和电流方向的关系及从右手定则的报告,以后这个定则被命名为安培定则,又称为右手螺旋定则。

②发现电流的相互作用规律

接着他又提出了电流方向相同的两条平行载流导线互相吸引,电流方向相反的两条平行载流导线互相排斥。对两个线圈之间的吸引和排斥也作了讨论。

③发明了电流计

安培还发现,电流在线圈中流动的时候表现出来的磁性磁铁相似,创制出第一个螺线管,在这个基础上发明了探测和量度电流的电流计。

④提出分子电流假说

他根据磁是由运动的电荷产生的这一观点来说明地磁的成因和物质的磁性。提出了著名的分子电流假说。安培认为构成磁体的分子内部存在一种环形电流——分子电流。由于分子电流的存在,每个磁分子成为小磁体,两侧相当于两个磁极。通常情况下磁体分子的分子电流取向是杂乱无章的,它们产生的磁场互相抵消,对外不显磁性。当外界磁场作用后,分子电流的取向大致相同,分子间相邻的电流作用抵消,而表面部分未抵消,它们的效果显示出宏观磁性。安培的分子电流假说在当时物质结构的知识甚少的情况下无法证实,它带有相当大的臆测成分;在今天已经了解到物质由分子组成,而分子由原子组成,原子中有绕核运动的电子,安培的分子电流假说有了实在的内容,已成为认识物质磁性的重要依据。

⑤总结了电流元之间的作用规律——安培定律

安培做了关于电流相互作用的四个精巧的实验,并运用高度的数学技巧总结出电流元之间作用力的定律,描述两电流元之间的相互作用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系。后来人们把这定律称为安培定律。安培第一个把研究动电的理论称为“电动力学”,1827年安培将他的电磁现象的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中。这是电磁学史上一部重要的经典论著。为了纪念他在电磁学上的杰出贡献,电流的单位“安培”以他的姓氏命名。

他在数学和化学方面也有不少贡献。他曾研究过概率论和积分偏微方程;他几乎与H戴维同时认识元素氯和碘,导出过阿伏伽德罗定律,论证过恒温下体积和压强之间的关系(玻意耳定律),还试图寻找各种元素的分类和排列顺序关系。

3.“电学中的牛顿

安培将他的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中,成为电磁学史上一部重要的经典论著。麦克斯韦称赞安培的工作是“科学上最光辉的成就之一,还把安培誉为“电学中的牛顿”。

安培还是发展测电技术的第一人,他用自动转动的磁针制成测量电流的仪器,以后经过改进称电流计。

安培在他的一生中,只有很短的时期从事物理工作,可是他却能以独特的、透彻的分析,论述带电导线的磁效应,因此我们称他是电动力学的先创者,他是当之无愧的。

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折叠 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/平方毫米”。用方程表达J=I/S

其中( I )是电流,( J )是电流密度,( s )是截面矢量。

折叠 电流对人体的伤害因素

造成触电伤亡的主要因素一般有以下几方面:

1.通过人体电流的大小。根据电击事故分析得出:当工频电流为0.5~1mA时,人就有手指、手腕麻或痛的感觉;当电流增至8~10mA时,针刺感、疼痛感增强发生痉挛而抓紧带电体,但终能摆脱带电体;当接触电流达到20~30mA时,会使人迅速麻痹不能摆脱带电体,而且血压升高,呼吸困难;电流达到50mA时,就会使人呼吸麻痹,心脏开始颤动,数秒钟后就可致命。通过人体电流越大,人体生理反应越强烈,病理状态越严重,致命的时间就越短。

2.通电时间的长短。电流通过人体的时间越长后果越严重。这是因为时间越长,人体的电阻就会降低,电流就会增大。同时,人的心脏每收缩、扩张一次,中间有0.1s的时间间隙期。在这个间隙期内,人体对电流作用最敏感。所以,触电时间越长,与这个间隙期重合的次数就越多,从而造成的危险也就越大。高压跨步触电高压跨步触电

3.电流通过人体的途径。当电流通过人体的内部重要器官时,后果就严重。例如通过头部,会破坏脑神经,使人死亡。通过脊髓,会破坏中枢神经,使人瘫痪。通过肺部会使人呼吸困难。通过心脏,会引起心脏颤动或停止跳动而死亡。这几种伤害中,以心脏伤害最为严重。根据事故统计得出:通过人体途径最危险的是从手到脚,其次是从手到手,危险最小的是从脚到脚,但可能导致二次事故的发生。

4.电流的种类。电流可分为直流电、交流电。交流电可分为工频电和高频电。这些电流对人体都有伤害,但伤害程度不同。人体忍受直流电、高频电的能力比工频电强。所以,工频电对人体的危害最大。

5.触电者的健康状况。电击的后果与触电者的健康状况有关。根据资料统计,肌肉发达者、成年人比儿童摆脱电流的能力强,男性比女性摆脱电流的能力强。电击对患有心脏病、肺病、内分泌失调及精神病等患者最危险。他们的触电死亡率最高。另外,对触电有心理准备的,触电伤害轻。    

参考资料
  • 1. 张三慧 - 大学基础物理学(下册) / 北京 - 清华大学出版社 , 2003 . 401.

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