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電流
鎖定
電磁學上把單位時間裏通過導體任一橫截面的電量叫做電流強度,簡稱電流(Electric current),電流符號為 I,單位是安培(A),簡稱“安”(安德烈·瑪麗·安培,1775~1836,法國物理學家、化學家,在電磁作用方面的研究成就卓著,對數學和物理也有貢獻。電流的國際單位安培即以其姓氏命名)。
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電學上規定:正電荷定向流動的方向為電流方向。此外,工程中也以正電荷的定向流動方向為電流方向,電流的大小則以單位時間內流經導體截面的電荷Q來表示其強弱,稱為電流強度。
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- 中文名
- 電流
- 外文名
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electric current
electron flow - 別 名
- 電流強度
- 表達式
- I=q/t
- 提出者
- 安德烈·瑪麗·安培
- 應用學科
- 物理學
- 單 位
- 安培(A)
- 物理量符號
- I
電流定義
電流單位
電流強度是標量,習慣上常將正電荷的運動方向規定為電流的方向。在導體中,電流的方向總是沿着電場方向從高電勢處指向低電勢處。在國際單位制中,電流強度的單位是安培(A),它是SI制中的七個基本單位之一。
[4]
電流方向
電流電流密度
電流密度是一種度量,以矢量的形式定義,其方向是電流的方向,其大小是單位截面面積的電流。採用國際單位制,電流密度的單位是“安培/米2”。定義式為:
,其中Dk是電流密度,單位為A/m2,I是電流強度,單位為A,S是負極(或正極)的總面積,m2。
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電流表達式
決定電流大小的微觀量:在加有電壓的一段粗細均勻的導體AD上選取兩個截面B和C,設導體的橫截面積為S,導體每單位體積內的自由電荷數為n,每個電荷的電荷量為e,電荷的定向移動速率為v,則在時間t內處於相距為vt的兩截面B、C間的所有自由電荷將通過截面C。由
(I=ΔQ/Δt),可得I=nesv。
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其中,
電流的方向與正電荷在電路中移動的方向相同。在日常的電路中,其實並不是正電荷移動,而是負電荷的移動。金屬中的自由電子帶負電,在電路中移動的方向為電流的反向。電流與電壓、電阻間的關係為:
(部分電路歐姆定律)。
[8]
電流串聯電路
假設n個用電器串聯,則
電流並聯電路
假設n個用電器並聯,則
電流電阻公式推導方法
(1)串聯
由U總=U1+U2…+Un,得到I總R總=I1R1+I2R2…+InRn。因為串聯電路各部分電流相等,即I總=I1=I2…=In,所以得到:R總=R1+R2…+Rn(例如:一個3Ω的電阻和一個6Ω的電阻串聯,其串聯的總電阻為9Ω)。
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(2)並聯
由I總=I1+I2…+In,得到U總/R總=U1/R1+U2/R2…+Un/Rn。因為並聯電路各部分電壓等於總電壓,即U總=U1=U2…=Un,所以得到:
(例如:一個3Ω的電阻和一個6Ω的電阻並聯,其並聯的總電阻為2Ω)。
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電流三大效應
熱效應
磁效應
化學效應
電流分類
直流電:方向不隨時間發生改變。生活中使用的可移動外置式電源提供的的是直流電。直流電一般被廣泛使用於手電筒(乾電池)、手機(鋰電池)等各類生活小電器等。乾電池(1.5V)、鋰電池、蓄電池等被稱之為直流電源。因為這些電源電壓都不會超過24V,所以屬於安全電源。
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電流測量儀器
電流電流表
直流電流表接線時,應注意其正負極性,電流表的正接線樁接實際電流來的方向(電源的正極,即高電位點),電流表的負接線樁接實際電流流出的方向(電源的負極,即低電位點)。
[13]
電流表(5張)
電流鉗形表
鉗形電流表(簡稱鉗表),是集電流互感器與電流表於一身的儀表,其工作原理與電流互感器測電流是一樣的。鉗形表是由電流互感器和電流表組合而成。電流互感器的鐵心在捏緊扳手時可以張開,被測電流所通過的導線可以不必切斷就可穿過鐵心張開的缺口,當放開扳手後鐵心閉合。穿過鐵心的被測電路導線就成為電流互感器的一次線圈,其中通過電流便在二次線圈中感應出電流。從而使二次線圈相連接的電流表便有指示——測出被測線路的電流。
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電流相關物理學家
電流喬治·西蒙·歐姆
喬治·西蒙·歐姆(1789~1854),德國物理學家,生於巴伐利亞埃爾蘭根城。歐姆的父親是一個技術熟練的鎖匠,對哲學和數學都十分愛好。歐姆從小就在父親的教育下學習數學並受到有關機械技能的訓練,這對他後來進行研究工作特別是自制儀器有很大的幫助。歐姆的研究,主要是在1817年~1827年擔任中學物理教師期間進行的。他的研究工作是在十分困難的條件下進行的。他不僅要忙於教學工作,而且圖書資料和儀器都很缺乏,所以他只能利用業餘時間,自己動手設計和製造儀器來進行有關的實驗。1826年,歐姆發現了電學上的一個重要定律——歐姆定律,這是他最大的貢獻。這個定律在我們今天看來很簡單,然而它的發現過程卻並非如一般人想象的那麼簡單。歐姆為此付出了十分艱鉅的勞動。在那個年代,人們對電流強度、電壓、電阻等概念都還不大清楚,特別是電阻的概念還沒有,當然也就根本談不上對它們進行精確測量了;況且歐姆本人在他的研究過程中,也幾乎沒有機會跟他那個時代的物理學家進行接觸,他的這一發現是獨立進行的。歐姆獨創地運用庫侖的方法制造了電流扭力秤,用來測量電流強度,引入和定義了電動勢、電流強度和電阻的精確概念。
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歐姆發現了電阻中電流與電壓的正比關係,即著名的歐姆定律。歐姆還證明了導體的電阻與其長度成正比,與其橫截面積和傳導係數成反比,以及在穩定電流的情況下,電荷不僅在導體的表面上,而且在導體的整個截面上運動。為紀念歐姆在電學上的重要貢獻,國際物理協會將電學中電阻的單位命名為歐姆,用希臘字母歐米伽(Ω)來作為電阻的符號。歐姆的名字也被用於其他物理及相關技術內容中,比如“歐姆接觸”“歐姆殺菌”“歐姆表”等。
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電流安德烈·瑪麗·安培
科學成就:
①發現了安培定則
奧斯特發現電流磁效應的實驗,引起了安培注意,使他長期信奉庫侖關於電、磁沒有關係的信條受到極大震動,他全部精力集中研究,兩週後就提出了磁針轉動方向和電流方向的關係及從右手定則的報告,以後這個定則被命名為安培定則。
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②發現電流的相互作用規律
③發明了電流計
他根據磁是由運動的電荷產生的這一觀點來説明地磁的成因和物質的磁性。提出了著名的分子電流假説。安培認為構成磁體的分子內部存在一種環形電流——分子電流。由於分子電流的存在,每個磁分子成為小磁體,兩側相當於兩個磁極。通常情況下磁體分子的分子電流取向是雜亂無章的,它們產生的磁場互相抵消,對外不顯磁性。當外界磁場作用後,分子電流的取向大致相同,分子間相鄰的電流作用抵消,而表面部分未抵消,它們的效果顯示出宏觀磁性。安培的分子電流假説在當時物質結構的知識甚少的情況下無法證實,它帶有相當大的臆測成分;在今天已經瞭解到物質由分子組成,而分子由原子組成,原子中有繞核運動的電子,安培的分子電流假説有了實在的內容,已成為認識物質磁性的重要依據。
[17]
安培做了關於電流相互作用的四個精巧的實驗,並運用高度的數學技巧總結出電流元之間作用力的定律,描述兩電流元之間的相互作用同兩電流元的大小、間距以及相對取向之間的關係。後來人們把這定律稱為安培定律。安培第一個把研究動電的理論稱為“電動力學”,1827年安培將他的電磁現象的研究綜合在《電動力學現象的數學理論》一書中。這是電磁學史上一部重要的經典論著。為了紀念他在電磁學上的傑出貢獻,電流的單位“安培”以他的姓氏命名。
[17]
他在數學和化學方面也有不少貢獻。他曾研究過概率論和積分偏微方程;他幾乎與H. 戴維同時認識元素氯和碘,導出過阿伏伽德羅定律,論證過恆温下體積和壓強之間的關係(玻意耳定律),還試圖尋找各種元素的分類和排列順序關係。
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2.“電學中的牛頓”
電流對人體傷害
造成觸電傷亡的主要因素一般有以下幾方面:
1.通過人體電流的大小。根據電擊事故分析得出:當工頻電流為0.5~1mA時,人就有手指、手腕麻或痛的感覺;當電流增至8~10mA時,針刺感、疼痛感增強發生痙攣而抓緊帶電體,但終能擺脱帶電體;當接觸電流達到20~30mA時,會使人迅速麻痹不能擺脱帶電體,而且血壓升高,呼吸困難;電流為50mA時,就會使人呼吸麻痹,心臟開始顫動,數秒鐘後就可致命。通過人體電流越大,人體生理反應越強烈,病理狀態越嚴重,致命的時間就越短。
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2.通電時間的長短。電流通過人體的時間越長後果越嚴重。這是因為時間越長,人體的電阻就會降低,電流就會增大。同時,人的心臟每收縮、擴張一次,中間有0.1s的時間間隙期。在這個間隙期內,人體對電流作用最敏感。所以,觸電時間越長,與這個間隙期重合的次數就越多,從而造成的危險也就越大。
[18]
3.電流通過人體的途徑。當電流通過人體的內部重要器官時,後果就嚴重。例如通過頭部,會破壞腦神經,使人死亡。通過脊髓,會破壞中樞神經,使人癱瘓。通過肺部會使人呼吸困難。通過心臟,會引起心臟顫動或停止跳動而死亡。這幾種傷害中,以心臟傷害最為嚴重。根據事故統計得出:通過人體途徑最危險的是從手到腳,其次是從手到手,危險最小的是從腳到腳,但可能導致二次事故的發生。
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5.觸電者的健康狀況。電擊的後果與觸電者的健康狀況有關。根據資料統計,肌肉發達者、成年人比兒童擺脱電流的能力強,男性比女性擺脱電流的能力強。電擊對患有心臟病、肺病、內分泌失調及精神病等患者最危險。他們的觸電死亡率最高。另外,對觸電有心理準備的,觸電傷害輕。
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- 參考資料
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