铜的比重和密度是多少,铜的标准密度值

首页 > 教育 > 作者:YD1662024-05-30 22:07:15

电流是什么?首先回想下,我们学过的电流的定义是什么?

很简单,导体中的带电粒子的定向运动就是电流。

只有当物质内具有能自由移动的带电粒子,它才可以传输电流——即导电。这些参与导电的带电粒子称之为载流子。例如对金属来说,只有原子的外层电子才能充当载流子。

电流定义中的“定向运动”往往被错误的理解,很多人以为是指方向确定的运动,当然不是!交流电路中的电子的运动方向不是变来变去嘛?

其实,定向运动是相对于“无规运动”来说的!

电子既然是微观粒子,它必定无时无刻不在做热运动,热运动是一种无规运动,如下图所示。

铜的比重和密度是多少,铜的标准密度值(1)

这种运动其实很快。例如,常温下金属中,电子热运动的速度的数量级达每秒数百公里!

仔细看这种无规运动,你会发现,任意时刻,各个粒子的运动方向是随机的。如果将这些粒子的速度矢量加起来,结果几乎为零。

现在给导体加上一个电场,电子在无规运动基础上,叠加了一种定向运动。假设某段时间,电场向左,则电子的运动看起来是下面这样的,红色小球代表晶格上的金属原子,快速运动的小点代表自由电子。

铜的比重和密度是多少,铜的标准密度值(2)

是不是看起来很快?那是因为电子运动确实很快!但实际上,这里面占比重很大的无规运动对电流并没有贡献,当把无规运动剔除之后,剩下的就像下面这个慢悠悠的样子。

铜的比重和密度是多少,铜的标准密度值(3)

的确,比起热运动速度来说,电子的定向运动的速度慢多了。电子这种”磨洋工”般的运动被称之为drift,即“漂移”。有时候,电子也会往相反方向跑,那是因为受到原子的碰撞。但总体上,电子是往一个方向运动的。

如果电场改变方向,则电子漂移的方向也将改变。

所以,这种定向运动是指,某个时刻全体参与导电的电子的速度之和不为零,而是总体朝某个方向。这个方向可随时改变,那就是交流电的情形。

所以,与其说电流是电荷的“定向运动”,还不如说电流是电荷的“集体运动”。

导体中的电流的大小用电流强度表示。电流强度定义为:单位时间内通过导体横截面的电量,即

我们学过一些包含“强度”二字的物理量,例如电场强度、磁感应强度等。它们一般都表示单位时间、单位面积(或单位体积、单位立体角)上的分摊。但电流强度中的“强度”二字并未体现电流对面积的分摊。

实际上,电流对面积的分摊的事情由另一个物理量负责,它就是电流密度。

既然电流的本质是电荷的定向运动,那么电流强度与漂移速度之间必定存在某种关系!

为了得到这个关系,先要明确一个概念——载流子浓度,即:单位体积内拥有的载流子的个数,用 表示。

设有导体横截面为 ,载流子的浓度为 ,漂移速度为 ,所带电荷为 。

铜的比重和密度是多少,铜的标准密度值(4)

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