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没有人比我更懂电流，今天带你重新认识电流( 二 )


这是电流强度的微观表达式 。
电流密度是电流对面积的分摊 ， 故电流密度的大小为， 但它被定义为矢量 ， 方向即为带正电的载流子的漂移速度矢量的方向 ， 故 据此可得到金属中电子的漂移速度 ， 下面举个例子 。
考虑铜导线 ， 假设每个铜原子贡献一个电子作为载流子 。现有1mol的铜 ， 它的体积为 ， 摩尔质量为 ， 密度为 ， 则铜导线的载流子的浓度为
其中为阿佛加德罗常数 。查得铜的密度 ， 代入得的值大约为个/立方米 。
设铜导线的半径为=0.8mm ， 流过的电流为15A ，=1.6 C ， 计算得电子的漂移速度为
可见 ， 电子的漂移速度的确非常小 。
对于研究电路的人来说 ， 以上 ， 就是电流的完整定义 。
但在物理上 ， 上述电流的定义其实只是一种狭义的定义 。更一般的电流并非局限于导体中 ， 只要是电荷的运动就是电流 。比如氢原子的电子绕着原子核运动时 ， 就在其轨道上形成了电流 。
没有人比我更懂电流，今天带你重新认识电流
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设电子带电量为， 运动的周期为。那么每经过 的时间 ， 就有 这么大的电荷量穿过回路上的任意截面 ， 于是电流强度为 根据周期 与频率 以及角速度 的关系 ， 该电流也可表示为
再例如 ， 一个带电的金属盘 ， 绕轴旋转 ， 也形成不同半径的环电流 。
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这种电流不是一般的传导电流 ， 不能产生焦耳热！不能形成真实的电路 。
要不然 ， 你给我算算氢原子的电子每秒产生多少焦耳热？
实际上 ， 真空中的电流不满足欧姆定律 。因为 ， 对真空中带电粒子运动形成的电流来说 ， 载流子并不受到类似于金属中的晶格的碰撞 ， 因此真空没有电阻也没有电导 。
电荷的运动产生电流 ， 而电荷本身要激发电场 ， 这容易造成一种误解 ， 很多人因此认为形成电流的带电粒子的电场必定显露出来 。但实际上 ， 对一般导体中的传导电流来说 ， 载流子是在大量带正电的金属离子组成的背景上流动的 ， 导体本身是中性的！
往往我们将此类特殊的电流称之为一种“等效电流” ， 这里的等效指的是 ， 它与普通的传导电流同等地产生磁场！
温馨提示：不要将此处的“等效电流”与电路分析中的“等效电路”搞混了
实际上 ， 我们最开始学磁场的时候 ， 毕奥-萨法尔定律中的电流就是包含这种等效电流的广义电流 。而麦克斯韦方程组中的传导电流当然也是指广义电流 。
学过光电效应的人知道 ， 光电子从阴极漂移到阳极的过程中 ， 如果忽略空气的影响 ， 这段电流就是电荷在真空中的运动导致的 ， 没有电阻 ， 因此不受欧姆定律的约束 。
那么 ， 物理学中的电流就这些吗？
非也！还有两种 ， 分别是磁化电流和位移电流 。
它们也是两种等效电流 ， 顾名思义 ， 也都是为解释磁性而引入的 。换句话说 ， 它们已经脱离了“电荷运动”这一电流的基本特征了！
那就奇了！连电荷运动都没有 ， 何故可被称之为电流？
先别急 ， 且听我慢慢道来 。
先来看磁化电流 。
人们发现磁是电的运动导致的（暂不考虑自旋这种内禀性质对磁性的解释） ， 为了解释天然磁性 ， 法国物理学家安培提出了“分子环流”假说 。
没有人比我更懂电流，今天带你重新认识电流

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