电流密度定义_电流密度计算公式

导读 电流密度定义电流密度矢量是描述电路中某点电流强弱和流动方向的物理量。其大小等于单位时间内通过某一单位面积的电量 方向向量为单位面

电流密度定义

电流密度矢量是描述电路中某点电流强弱和流动方向的物理量。其大小等于单位时间内通过某一单位面积的电量 方向向量为单位面积相应截面的法向量 指向由正电荷通过此截面的指向确定。因为导线中不同点上与电流方向垂直的单位面积上流过的电流不同 为了描写每点的电流情况 有必要引入一个矢量场——电流密度J 即面电流密度。每点的J的方向定义为该点的正电荷运动方向 J的大小则定义为过点并与J垂直的单位面积上的电流·。

电流密度计算公式

单位:安培每平方米 记作A/㎡。 它在物理中一般用J表示。

公式:J=I/S

I和J都是描写电流的物理量 I是标量 描写一个面的电流情况 J是矢量场 描写每点的电流情况

电流密度时常可以近似为与电场成正比 以方程表达为

J=σE ;其中 E 是电场强度 J 是电流密度 σ是电导率 是电阻率的倒数。

欧姆定律:R(电阻=电压/电流)

电阻公式阐明 一个均匀截面的物体的电阻与电阻率和导体长度成正比 与截面面积成反比。以方程表达

R=ρL/S ;其中 R 是电阻 L是物体长度 S是物体的截面面积 ρ是电阻率 。

根据欧姆定律 电压 V等于电流 I乘以电阻:V=IR

所以

V=I*ρL/S 。注意到在物体内 电场与电压的关系为E=Z*V/L

其中 Z是电流方向。

所以 E=Z*ρI/S=ρJ

电导率为电阻率的倒数 σ=1/ρ 。电流密度与电场的关系为

J=σE 。

电流密度的重要性

对于电力系统和电子系统的设计而言 电流密度是很重要的。电路的性能与电流量紧密相关 而电流密度又是由导体的物体尺寸决定。例如 随着集成电路的尺寸越变越小 虽然较小的元件需要的电流也较小 为了要达到芯片内含的元件数量密度增高的目标 电流密度会趋向于增高。更详尽细节 请参阅摩尔定律。

在高频频域 由于趋肤效应 传导区域会更加局限于表面附近 因而促使电流密度增高。

电流密度过高会产生不理想后果。大多数电导体的电阻是有限的正值 会以热能的形式消散功率。为了要避免电导体因过热而被熔化或发生燃烧 并且防止绝缘材料遭到损坏 电流密度必须维持在过高值以下。假若电流密度过高 材料与材料之间的互连部分会开始移动 这现象称为电迁移(electromigration)。在超导体里 过高的电流密度会产生很强的磁场 这会使得超导体自发地丧失超导性质。

对于电流密度所做的分析和观察 可以用来探测固体内在的物理性质 包括金属、半导体、绝缘体等等。在这科学领域 材料学家已经研究发展出一套非常详尽的理论形式论 来解释很多机要的实验观察。

安培力定律描述电流密度与磁场之间的关系。电流密度是安培力定律的一个重要参数。

变压器设计中 不同铁心大小 不同温升 不同的压降要求 不同的散热条件电流密度都会不同 不能认为多大的线径允许多大的电流密度是一个定值

电流密度是一种度量 以向量的形式定义 其方向是单位面积相应截面的法向量 其大小是单位截面面积的电流。采用国际单位制 电流密度的单位是「安培/平方公尺」责任编辑:YYX

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