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電流密度定義_電流密度計算公式

姚小熊27 ? 來源:網絡整理 ? 作者:網絡整理 ? 2021-01-15 16:12 ? 次閱讀

電流密度定義

電流密度矢量是描述電路中某點電流強弱和流動方向的物理量。其大小等于單位時間內通過某一單位面積的電量,方向向量為單位面積相應截面的法向量,指向由正電荷通過此截面的指向確定。因為導線中不同點上與電流方向垂直的單位面積上流過的電流不同,為了描寫每點的電流情況,有必要引入一個矢量場——電流密度J,即面電流密度。每點的J的方向定義為該點的正電荷運動方向,J的大小則定義為過點并與J垂直的單位面積上的電流·。

電流密度計算公式

單位:安培每平方米,記作A/㎡。 它在物理中一般用J表示。

公式:J=I/S

I和J都是描寫電流的物理量,I是標量,描寫一個面的電流情況,J是矢量場,描寫每點的電流情況,

電流密度時常可以近似為與電場成正比,以方程表達為

J=σE ;其中,E 是電場強度,J 是電流密度,σ是電導率,是電阻率的倒數。

歐姆定律:R(電阻=電壓/電流)

電阻公式闡明,一個均勻截面的物體的電阻與電阻率和導體長度成正比,與截面面積成反比。以方程表達

R=ρL/S ;其中,R 是電阻,L是物體長度,S是物體的截面面積,ρ是電阻率 。

根據歐姆定律,電壓 V等于電流 I乘以電阻:V=IR

所以,

V=I*ρL/S 。注意到在物體內,電場與電壓的關系為E=Z*V/L

其中,Z是電流方向。

所以,E=Z*ρI/S=ρJ

電導率為電阻率的倒數, σ=1/ρ 。電流密度與電場的關系為

J=σE 。

電流密度的重要性

對于電力系統和電子系統的設計而言,電流密度是很重要的。電路的性能與電流量緊密相關,而電流密度又是由導體的物體尺寸決定。例如,隨著集成電路的尺寸越變越小,雖然較小的元件需要的電流也較小,為了要達到芯片內含的元件數量密度增高的目標,電流密度會趨向于增高。更詳盡細節,請參閱摩爾定律。

在高頻頻域,由于趨膚效應,傳導區域會更加局限于表面附近,因而促使電流密度增高。

電流密度過高會產生不理想后果。大多數電導體的電阻是有限的正值,會以熱能的形式消散功率。為了要避免電導體因過熱而被熔化或發生燃燒,并且防止絕緣材料遭到損壞,電流密度必須維持在過高值以下。假若電流密度過高,材料與材料之間的互連部分會開始移動,這現象稱為電遷移(electromigration)。在超導體里,過高的電流密度會產生很強的磁場,這會使得超導體自發地喪失超導性質。

對于電流密度所做的分析和觀察,可以用來探測固體內在的物理性質,包括金屬、半導體、絕緣體等等。在這科學領域,材料學家已經研究發展出一套非常詳盡的理論形式論,來解釋很多機要的實驗觀察。

安培力定律描述電流密度與磁場之間的關系。電流密度是安培力定律的一個重要參數。

在變壓器設計中,不同鐵心大小,不同溫升,不同的壓降要求,不同的散熱條件電流密度都會不同,不能認為多大的線徑允許多大的電流密度是一個定值,

電流密度是一種度量,以向量的形式定義,其方向是單位面積相應截面的法向量,其大小是單位截面面積的電流。采用國際單位制,電流密度的單位是「安培/平方公尺」
責任編輯:YYX

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