2021-01-29 16:54:51

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物理量
物理量
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描述电路中某点电流强弱和流动方向的物理量。它是矢量,其大小等于单位时间内通过某一单位面积的电量,方向向量为单位面积相应截面的法向量,指向由正电荷通过此截面的指向确定。导线中不同点上与电流方向垂直的单位面积上流过的电流不同,为了描写每点的电流情况,有必要引入一个矢量场--电流密度J,即面电流密度。每点的J的方向定义为该点的正电荷运动方向,J的大小则定义为过点并与J垂直的单位面积上的电流·

基本信息

  • 中文名

    电流密度

  • 外文名

    Current density

  • 矢量

  • 简介

    路中某点电流强弱和流动方向

  • 符号

    电流密度J

  • 单位

    安培每平方米,记作A/㎡

折叠 编辑本段 基本介绍

电流密度电流密度描述电路中某点电流强弱和流动方向的物理量。它是矢量,其大小等于单位时间内通过某一单位面积的电量,方向向量为单位面积相应截面的法向量,指向由正电荷通过此截面的指向确定。导线中不同点上与电流方向垂直的单位面积上流过的电流不同,为了描写每点的电流情况,有必要引入一个矢量场——电流密度J。每点的J的方向定义为该点的正电荷运动方向,J的大小则定义为过点并与J垂直的单位面积上的电流.

折叠 编辑本段 单位公式

单位:安培每平方米,记作A/㎡。 它在物理中一般用J表示。

公式:J=I/S

I和J都是描写电流的物理量,I是标量,描写一个面的电流情况,J是矢量场,描写每点的电流情况,

电流密度时常可以近似为与电场成正比,以方程表达为

J=σE ;其中,E 是电场,J 是电流密度,σ是电导率,是电阻率的倒数。

欧姆定律示意图

电阻公式阐明,一个均匀截面的物体的电阻与电阻率和导体长度成正比,与截面面积成反比。以方程表达

R=ρL/S ;其中,R 是电阻,L是物体长度,S是物体的截面面积,ρ是电阻率 。

根据欧姆定律电压 V等于电流 I乘以电阻:V=IR

所以,

V=I*ρL/S 。

注意到在物体内,电场与电压的关系为E=Z*V/L

其中,Z是电流方向。

所以,E=Z*ρI/S=ρJ

电导率为电阻率的倒数, σ=1/ρ 。电流密度与电场的关系为

J=σE 。

折叠 编辑本段 重要性质

对于电力系统和电子系统的设计而言,电流密度是很重要的。电路的性能与电流量紧密相关,而电流密度又是由导体的物体尺寸决定。例如,随着集成电路的尺寸越变越小,虽然较小的元件需要的电流也较小,为了要达到芯片内含的元件数量密度增高的目标,电流密度会趋向于增高。更详尽细节,请参阅摩尔定律

在高频频域,由于趋肤效应,传导区域会更加局限于表面附近,因而促使电流密度增高。

电流密度过高会产生不理想后果。大多数电导体的电阻是有限的正值,会以热能的形式消散功率。为了要避免电导体因过热而被熔化或发生燃烧,并且防止绝缘材料遭到损坏,电流密度必须维持在过高值以下。假若电流密度过高,材料与材料之间的互连部分会开始移动,这现象称为电迁徙(electromigration)。在超导体里,过高的电流密度会产生很强的磁场,这会使得超导体自发地丧失超导性质。

对于电流密度所做的分析和观察,可以用来探测固体内在的物理性质,包括金属、半导体、绝缘体等等。在这科学领域,材料学家已经研究发展出一套非常详尽的理论形式论,来解释很多机要的实验观察[2]。

安培力定律描述电流密度与磁场之间的关系。电流密度是安陪力定律的一个重要参数[1]

在变压器设计中,不同铁心大小,不同温升,不同的压降要求,不同的散热条件电流密度都会不同,不能认为多大的线径允许多大的电流密度是一个定值,

电流强度和电流密度之间的关系

电流密度是一种度量,以向量的形式定义,其方向是单位面积相应截面的法向量,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/平方公尺」

电流密度电流密度

参考资料

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