导体中的电流

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简介

电流和导体彼此必不可少，因为电流只有在导体中才能无损流动。电流是在特定方向上电荷的流动。电流能够通过导体，是由于两端存在电位差。

导体也会带电，无论它是否连接到电池上。但是，当它与任何电压源无关时，电荷只是中性的，并在随机方向上移动，导致净电荷流为零和热速度。因此，为了获得通过导体的净电流，我们使用一个有两个端子（正极和负极）的电池。因此，由于电位差，电荷开始从高电位流向低电位。

什么是电导体？

简单来说，充当桥梁或连接体的物体就是导体。可以用来导电的材料是导体。允许电流通过的材料称为电导体。电荷通过导体的流动是由于原子外层存在的电子。这些是自由电子，当导体未连接到电池时，它们在导体中自由移动。

一旦我们借助电池或其他电源施加外部电压。由于电位差，带电粒子（如电子）开始从负极漂移到正极。所有电子的这种漂移在电子漂移的反方向产生电流。

导体有多种类型，并根据其原材料进行分类。

• 我们日常生活中使用的多数导体都是由金属制成的，例如银、铜等。这些被称为金属导体。

• 实验室或实验领域中的一些导体是由碳制成的。这里我们使用石墨。

• 在导体的液体形式中，我们使用离子导体，例如盐水。

绝缘体

绝缘体具有与导体完全相反的特性。绝缘体可以定义为不允许电流通过且不与电连接的材料。由于价带和导带之间存在较高的能带隙，绝缘体具有高电阻率和低电导率。

如果我们正在寻找导电性，那么绝缘体对我们来说不是那么有利，但为了防止导致电能损失的不必要的导电，我们可以使用绝缘体。此外，从事电气工程领域的工人也使用绝缘体，例如手柄上的绝缘涂层、绝缘手套等。所有绝缘体均由橡胶、木材、塑料、石头等制成。以下是一些最常用的商用绝缘体：

• 针式绝缘子

• 盘式绝缘子

• 悬式绝缘子

• 拉线绝缘子

• 悬链绝缘子

对电子流动的影响

导体中电子的流动受多种因素影响。

• 导体的电阻：导体和电路中电子的流动与导体的电阻成反比。因此，电阻越高，电子流动越慢。

• 电流的大小也会影响电子的流动。如果通过导体的电流为 1 安培，则其电子数量少于电流为 2 安培的导体。电流的大小与外加电场成正比。

什么是电流？

电流可以定义为一群带电粒子（如电子、离子等）在任何力的影响下（例如电位差）沿特定方向的流动。电流是在单位时间内通过单位横截面积导体的电荷量。电流的 SI 单位是安培，等于每秒一库仑。

电流的可视化

由于一些专业术语（如电位差、电阻等），电流的流动有些难以理解。为了更好地理解，我们可以使用下图。

在这里，我们可以看到管道里充满了水，就像这些管道导体也充满了带电粒子一样。但水流只有在外部压力源的帮助下才能流动。现在，电流的流动也是同样的过程。在电路中，外部压力是电位差，控制旋钮是电阻，水分子是带电粒子，管道是导体。

电流的方向

电流的方向人们并不十分清楚。大多数书籍都跳过了这个话题，因为作者掌握的信息很少且存在疑问。一般来说，我们认为电流的方向是从高电位到低电位，即从正极到负极，这被称为常规电流，也是大多数人认为的电流方向。

然而，当我们深入研究电流时，我们发现电流是导体中带电粒子的流动，而导体的电子在外部力的影响下可以自由移动。因此，电子带负电，它们从负极移动到正极。因此，电子从负极到正极的流动就是电流的方向。

导体中的电流

在导体中，有数百万个自由电子，它们在没有外部电场或力的影响下，以任何随机方向移动。每个电子的方向都不同，因此它们在相反方向上的净速度为零，相互抵消。

然而，当我们对导体施加任何电场时，它会使所有自由电子沿恒定方向排列，并在静电力的影响下开始移动。电子带负电，因此它们开始向正方向移动。

这产生了带电粒子的连续流动，称为电流。

电子的迁移率

简单来说，迁移率意味着移动的能力。我们都知道，当导体中的自由带电粒子受到外部力源的影响时，它们会移动。当这些载流子自由移动时，净漂移速度为零，但在外加电场的影响下，带电粒子开始根据其电荷的性质在导体中漂移。这种漂移具有根据外加电场强度而定的特定速度。

因此，迁移率可以定义为电子或任何其他载流子在外加电场作用下的漂移速度。

迁移率的符号为 $\mathrm{\mu}$

$$\mathrm{迁移率(\mu )=\frac{v}{E}}$$

这里，V = 带电粒子的速度

E = 外加电场

导体中电流的重要性

电流对于导体和电气设备非常重要。电流在导体中的一些重要性如下所示。

• 由于我们家中大多数设备都是电动的，因此电流对于导体和我们平衡的日常生活非常重要。

• 如果导体中没有电流，那么世界将无法发展和管理供需链，这将影响地球上的生活。

• 此外，如果导体中没有电流，我们将无法与亲朋好友进行交流。

• 现代交通工具也由电流驱动，如果导体中没有电流，也会受到影响。

常见问题

Q1. 什么是良好的电导体？

A1. 良好的电导体是指电导率高、电阻率低的导体。此外，一些由铜、金和银制成的导体是最好的电导体。

Q2. 什么是半导体？

A2. 不是纯导体也不是纯绝缘体的导体是半导体。半导体的电导率介于绝缘体和导体之间。硅和锗是半导体的最佳示例。

Q3. 电路是什么意思？

A3. 电路可以定义为电流的闭合且连续的路径，包括工作设备、导体和电池。

Q4. 导体长度对电流流动的影响是什么？

A4. 导体的长度是一个非常重要的因素，它会影响通过导体的电流大小。电阻与长度成正比。因此，较长的导线对电流流动的电阻更大，从而降低了通过导体的总电流。

Q5. 什么是漂移速度？

A5. 当我们将导体置于电场的影响下时，自由电荷载流子将在电场的影响下移动。这种运动称为漂移。因此，这些带电粒子漂移的平均速度称为漂移速度。