硫的相对原子质量 铜相对分子质量( 二 )


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,=1.6C,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 。

硫的相对原子质量 铜相对分子质量


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 。
硫的相对原子质量 铜相对分子质量


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?。?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?。?
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 。
硫的相对原子质量 铜相对分子质量


如下图所示,任何一个原子或分子,都可以看作有电荷绕着中心旋转,总体形成一个微小的环电流 , 即“分子环流” 。
硫的相对原子质量 铜相对分子质量


根据电流激发磁场的规律,这个分子环流将产生一个叫做磁矩的物理量 。它的大小为分子环流包围的面积乘以分子环流的等效电流 , 方向与环流方向成右手螺旋关系,即