电流和电流密度

    电荷的定向运动形成电流，在一定的电场力作用下，电流可以在金属导体、电解液或电离气体中形成．从微观上看，电流实际上是带电粒子的定向运动，形成电流的带电粒子称为载流子．载流子可以是电子、质子和离子等．本章主要涉及的是大量载流子在电场力作用下形成的传导电流．

    电流的强弱用电流强度来描述．电流强度是单位时间内通过导体某一横截面的电量，简称电流，用I表示．若在dt时间内，通过导体某截面的电荷量为dq，则通过该截面的电流强度为

    如果导体中的电流不随时间而变化，这种电流叫做恒定电流．

    电流强度是标量，习惯上常将正电荷的运动方向规定为电流的方向．在导体中电流的方向总是沿着电场方向从高电势处指向低电势处．在国际单位制中，电流强度的单位是安培（A）．它是SI制中的七个基本单位之一．

    当电流在大块导体或不均匀导体中流动时，导体中不同位置电流的大小和方向都可能不同，形成一定的电流分布．为精确描述电流在导体中各点的分布，引入电流密度矢量j．规定：导体中任一点电流密度的方向与该点电流方向相同，大小等于通过该点垂直于电流方向单位面积的电流．在国际单位制中，电流密度的单位是．

    图11.1　电流密度

    上式可写成

    通过导体任一有限面积S的电流为

    在金属中只有一种载流子，即自由电子．在没有外加电场的情况下，金属中的电子作无规则的运动，平均速度为零，所以不产生电流．在外加电场中，金属中的电子将有一个平均定向速度v，由此形成电流，这一平均定向速度叫做漂移速度．若导体横截面积为S，单位体积中自由电子数为n，则在时间间隔dt内，通过横截面的电子数为nSvdt，通过该截面的总电量为dq=emSdt，由电流的定义可得通过导体的电流为