电流线
电磁学术语
类似静电场,对电流场也可以通过引入“电流线”来进行形象描述。电流线即电流所在空间的一组曲线,其上任一点的切线方向和该点的电流密度方向一致。一束这样的电流线围成的管状区域称为电流管。
简介
电流线即电流所在空间的一组曲线,其上任一点的切线方向和该点的电流密度方向一致。类似静电场,对电流场也可以通过引入“电流线”来进行形象描述。一束这样的电流线围成的管状区域称为电流管。
电流强度和电流密度
中学里接触到直流电路的时候,曾引入电流强度
电流强度的单位为库仑/秒,称为安[培],符号为A。
用电流强度描述导体中电荷的宏观流动性质似乎太“粗糙”。
(1)不能描述电流沿截面的分布情况;
(2)不能描述电流的方向,即正电荷移动的方向。
为了描述导体中各点电流的大小和方向,人们引入一个更“精细”的物理量——电流密度
电流密度的定义:考虑导体中某一给定点P,在该点沿电流方向作一单位矢量n0,并取一面元与n0垂直,如图1所示。设通过的电流强度为,则定义P点处电流密度的大小为:
单位为安培/米2(A·m-2)。
为了使电流密度能同时表示出P点处电流的方向,可将电流密度定义为一个矢量,其方向与n0同向,表示正电荷移动的方向,即:
电流密度是矢量,它在导体中任意一点的方向与正载流子在该点的流动方向相同,它的大小等于通过该点并垂直于电流的单位截面的电流强度。
电流场
由上述定义可见,电流密度是一个矢量,它的方向表示导体中某点电流的方向,数值等于通过垂直于该点电流方向的单位面积的电流强度。这样定义的电流密度是空间位置的矢量函数j(r),它细致地描述了导体中的电流分布,也称为电流场。
已知导体中某点P的电流密度,可以求得通过该点任一面元的电流强度。又可写成。通过 S 面的电流强度I :
稳恒条件中的电流线
从电流连续方程出发,立刻可导出稳恒电流应满足的条件。对稳恒电流来说,导体内各点电流密度应与时间无关,要求dq/dt与时间无关,如果不为零,则造成电荷不断积累,电场随时间变化,将破坏电流的稳定,所以
于是,。
或,
称做稳恒条件的积分形式和微分形式。稳恒条件表明,电荷分布将不会因稳恒电流的存在而随时间变化,所以由它产生的电场必然是静电场。
借助于电流线和电流管的概念,可以对稳恒条件作如下形象解释:
(1)电流线不可能有起点和终点,即稳恒电流的电流线或电流管一定是闭合的;
(2)沿任一电流管各截面的电流强度都相等。
通常的直流电路由导线连接而成,电流线沿着导线分布,从而导线本身就是一个电流管。
由上述结论可知,直流电路(或者说稳恒电路)应当是闭合的;且沿一段没有分支的电路,各处的电流强度必定相等。
参考资料
最新修订时间:2022-08-25 14:05
目录
概述
简介
电流强度和电流密度
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