电流

  电流是指一群电荷的流动。电流的大小称为电流强度,是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量,每秒通过一库仑的电量称为一“安培。(Ampere)。安培是国际单位制中的一种基本单位。电流表是专门测量电流的仪器。大自然有很多种负载电荷的载子,例如,导电体内可移动的电子、电解液内的离子、等离子内的电子和离子、强子内的夸克。  

简介

  在单位时间里通过截面的电荷量,叫电流。
电流
电流
  电荷的定向移动形成电流。(物理课本对电流的形成的定义)
  电流是物理学中的七个基本量纲之一,符号I。电流分直流和交流两种,电流的方向不随时间的变化的叫做直流,电流的大小和方向随时间变化的叫交流.
  国际单位制中电流的基本单位是安培,1安培定义为:在真空中相距为1米的两根无限长平行直导线,通以相等的恒定电流,当每米导线上所受作用力为2×10^-7N时,各导线上的电流为1安培。
  换算方法:
  1KA=1000A
  1A=1000mA
  1mA=1000μA
  1μA=1000nA
  1nA=1000pA
  获得持续电流的条件:电路中保持有恒定的电动势(电力场)。
  电路连接好,闭合开关,处处相通的电路叫做通路。
  开关未合闭,或电线断裂、接头松脱致使线路在某处断开的电路,叫做开路。
  导线不经过用电器直接跟电源两极连接的电路,叫做短路。
  串联电路
  电流:I总=I1=I2
  电压:U总=U1+U2
  电阻:R总=R1+R2
  并联电路
  电流:I总=I1+I2
  电压:U总=U1=U2
  电阻:1/R总=1/R1+1/R2 

产生

·电流形成的原因

  因为有电压(电势差)的存在,所以产生了电力场强,使电路中的电荷受到电场力的作用而产生定向移动,从而形成了电路中的电流。 
电流产生
电流产生

·电流产生的条件

  1、必须具有能够自由移动的电荷(金属中只有负电荷移动,电解液中为正负离子同时移动)。
  2、导体两端存在电压差(要使闭合回路中得到持续电流,必须要有电源)。
  3、电路必须为通路。  

电流的分类

  电流分为交流电流和直流电流。
  交流电:插电源的用电器使用的是交流电
  直流电:使用外置电源的用电器用的是直流电
  交流电一般是在家庭电路中有着广泛的使用,有220V的电压,属于危险电压。
  直流电则一般被广泛使用于手机(锂电池)之中。像电池(1.5V),锂电池,蓄电池等被称之为直流电。  

电流的计算式

  I= Q/t =nqsv (1A=1C/s)
  I=U/R 或I=E(电动势)/(R[外]+r[内]) 或I=E/(R+Rg[检测器电阻]+r)
  在I= Q/t中如果正负离子同时移动形成电流,那么Q为两重点和电量和 

电流的方向

  物理上规定电流的方向,是正电荷定向移动的方向。
  电荷指的是自由电荷,在金属导体中的电子是自由电子,在酸,碱,盐的水溶液中是正,负离子。
  在电源外部电流沿着正电荷移动的方向流动。在电源内部由负极流回正极。 

电流的微观表达式

数字电流表
数字电流表
  .通过导体单位横截面的电荷量Q跟通过这些电荷量所用的时间t的比值称为电流,也叫电流强度。即I=Q/t。若果在1s内通过导体单位横截面的电荷量是1C,导体中的电流就是1A。
  决定电流大小的微观量:在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取两个截面B和C,设导体的横截面积为S,导体每单位体积内的自由电荷数为n,每个电荷的电荷量为q,电荷的定向移动速率为v,则在时间t内处于相距为vt的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C。由I=Q/t可得I = nqsv
  其中:
  n :表示单位体积内的自由电荷数;
  q:电子的电量;
  s:为导体横截面积;
  v:为自由电子定向移动的速率。 

电流的测量仪电流表

  电流表的符号:- A -
  电流表的使用方法
  1.电流表要串联在电路中
  2.正负接线柱的接法要正确:电流从正接线柱流入,从负接线柱流出.
  3.被测电流不要超过电流表的量程.
  4.因为电流表内阻太小(相当于导线),所以绝对不允许不经过用电器而把电流表直接连到电源的两极上。
  5.确认目前使用的电流表的量程.
  6.确认每个大格和每个小格所代表的电流值.
  先试触,出现问题时先解决
  (1)指针不偏转,
  (2)指针偏转过激,电流表会爆掉。
  (3)指针偏转很小,
  (4)指针反向偏转.
  电流表的错误使用
  1 电流表与用电器并联:
  会造成电流表或电源烧坏,并会引起导线燃烧,使并联的用电器短路
  2 电流表与电压表串联:
  电流表几乎没有示数(指针几乎在“0”刻度线不动),电压表指针有较大偏转(示数约为电源电压)。
  电流密度
  电流密度是一种度量,以矢量的形式定义,其方向是电流的方向,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/平方米”。用方程表达J=I/s
  其中( i )是电流,( J )是电流密度,( s )是截面矢量。 

钳形电流表的使用方法及注意事项

  钳形电流表(简称钳表),是集电流互感器与电流表于一身的仪表,其工作原理与电流互感器测电流是一样的。 钳形表是 由电流互感器和电流表组合而成。电流互感器的铁心在捏紧扳手时可以张开,被测电流所通过的导线可以不必切断就可穿过铁心张开的缺口,当放开扳手后铁心闭合。穿过铁心的被测电路导线就成为电流互感器的一次线圈,其中通过电流便在二次线圈中感应出电流。从而使二次线圈相连接的电流表便有指示——测出被测线路的电流。
  钳形电流表分高、低压两种,用于在不拆断线路的情况下直接测量线路中的电流。其使用方法如下:
电磁感应现象
电磁感应现象
  1、使用高压钳形表时应注意钳形电流表的电压等级,严禁用低压钳形表测量高电压回路的电流。用高压钳形表测量时,应由两人操作,非值班人员测量还应填写第二种工作票,测量时应戴绝缘手套,站在绝缘垫上,不得触及其它设备,以防止短路或接地。
  2、当电缆有一相接地时,严禁测量。防止出现因电缆头的绝缘水平低发生对地击穿爆炸而危及人身安全。
  3、钳形电流表测量结束后把开关拔至最大程档,以免下次使用时不慎过流;并应保存在干燥的室内
  4、观测表计时,要特别注意保持头部与带电部分的安全距离,人体任何部分与带电体的距离不得小于钳形表的整个长度。
  5、在高压回路上测量时,禁止用导线从钳形电流表另接表计测量。测量高压电缆各相电流时,电缆头线间距离应在300mm以上,且绝缘良好,待认为测量方便时,方能进行。
  6、测量低压可熔保险器或水平排列低压母线电流时,应在测量前将各相可熔保险或母线用绝缘材料加以保护隔离,以免引起相间短路。  

物理学家安培简介

  人物姓名:安培 (1775~1836)
安培
安培
  人物国别:法国
  安培(André-Marie Ampère 1775~1836年),法国物理学家,对数学和化学也有贡献。1775年1月22日生于里昂一个富商家庭。年少时就显出数学才能。他的父亲信奉J.J.卢梭的教育思想,供给他大量图书,令其走自学的道路,于是他博览群书,吸取营养;卢梭关于植物学的着作燃起了他对科学的热情。
  科学成就
  1.安培最主要的成就是1820~1827年对电磁作用的研究。
  ①发现了安培定则
  奥斯特发现电流磁效应的实验,引起了安培注意,使他长期信奉库仑关于电、磁没有关系的信条受到极大震动,他全部精力集中研究,两周后就提出了磁针转动方向和电流方向的关系及从右手定则的报告,以后这个定则被命名为安培定则。
  ②发现电流的相互作用规律
  接着他又提出了电流方向相同的两条平行载流导线互相吸引,电流方向相反的两条平行载流导线互相排斥。对两个线圈之间的吸引和排斥也作了讨论。
  ③发明了电流计
  安培还发现,电流在线圈中流动的时候表现出来的磁性和磁铁相似,创制出第一个螺线管,在这个基础上发明了探测和量度电流的电流计。
  ④提出分子电流假说
  他根据磁是由运动的电荷产生的这一观点来说明地磁的成因和物质的磁性。提出了着名的分子电流假说。安培认为构成磁体的分子内部存在一种环形电流——分子电流。由于分子电流的存在,每个磁分子成为小磁体,两侧相当于两个磁极。通常情况下磁体分子的分子电流取向是杂乱无章的,它们产生的磁场互相抵消,对外不显磁性。当外界磁场作用后,分子电流的取向大致相同,分子间相邻的电流作用抵消,而表面部分未抵消,它们的效果显示出宏观磁性。安培的分子电流假说在当时物质结构的知识甚少的情况下无法证实,它带有相当大的臆测成分;在今天已经了解到物质由分子组成,而分子由原子组成,原子中有绕核运动的电子,安培的分子电流假说有了实在的内容,已成为认识物质磁性的重要依据。
  ⑤总结了电流元之间的作用规律——安培定律
  安培做了关于电流相互作用的四个精巧的实验,并运用高度的数学技巧总结出电流元之间作用力的定律,描述两电流元之间的相互作用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系。后来人们把这定律称为安培定律。安培第一个把研究动电的理论称为“电动力学”,1827年安培将他的电磁现象的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中。这是电磁学史上一部重要的经典论着。为了纪念他在电磁学上的杰出贡献,电流的单位“安培”以他的姓氏命名。
  他在数学和化学方面也有不少贡献。他曾研究过概率论和积分偏微方程;他几乎与H戴维同时认识元素氯和碘,导出过阿伏伽德罗定律,论证过恒温下体积和压强之间的关系,还试图寻找各种元素的分类和排列顺序关系。
  3.“电学中的牛顿”
  安培将他的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中,成为电磁学史上一部重要的经典论着。麦克斯韦称赞安培的工作是“科学上最光辉的成就之一,还把安培誉为“电学中的牛顿”。
  安培还是发展测电技术的第一人,他用自动转动的磁针制成测量电流的仪器,以后经过改进称电流计。
  安培在他的一生中,只有很短的时期从事物理工作,可是他却能以独特的、透彻的分析,论述带电导线的磁效应,因此我们称他是电动力学的先创者,他是当之无愧的。
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电流的三大效应

·热效应

  当电流通过电阻时,电流作功而消耗电能,产生了热量,这种现象叫做电流的热效应。实践证明,电流通过导体所产生的热量和电流的平方,导体本身的电阻值以及电流通过的时间成正比。这是英国科学家焦耳和俄国科学家楞次得出的结论,被人称作焦耳楞次定律。
钳形电流表
钳形电流表
  电流热效应的应用:一方面,利用电流的热效应可以为人类的生产和生活服务。如在白炽灯中,由于通电后钨丝温度升高达到白热的程度,于是一部分热:以转化为光。发出光亮。另一方面,电流的热效应也有一些不利因素。大电流通过导线而导线不够粗时,就会产生大量的热,破坏导线的绝缘性能,导致线路短路,引发电火灾。为了避免导线过热,有关部门对各种不同截面的导线规定了最大允许电流(安全电流)。导线截面越大,允许通过的电流也越大。  

·磁效应

  电流的磁效应(动电会产生磁)是奥斯特的,任何通有电流的导线,都可以在其周围产生磁场的现象,称为电流的磁效应。非磁性金属通以电流,却可产生磁场,其效果与磁铁建立的磁场相同。在通电流的长直导线周围,会有磁场产生,其磁力线的形状为以导线为圆心一封闭的同心圆,且磁场的方向与电流的方向互相垂直。
  电流的磁效应在生活中应用广泛。几乎除了电灯,电暖器等电热电器之外都是利用电流的磁效应。电视机中有显像管需要电磁铁作为电子的聚焦,电磁炉将电能转化为高频磁场。电话使用磁场中的通电导线达到驱动发音膜发生,手机将电能转化为电磁信号进行发射和接收。节能灯的电子镇流器将灯管内的低压气体点燃等等。 

·化学效应

  在电解质的水溶液中通入电流,两电极上会产生一些化学变化。这种利用电流使物质产生化学变化的现象,我们称为电流的化学效应。亦即将电能转换成化学能的效应。例如电解、电镀等都是电流化学效应的应用。
  电解是电流通过物质而引起化学变化的过程。化学变化是物质失去或获得电子(氧化或还原)的过程。电解过程是在电解池中进行的。电解池是由分别浸没在含有正、负离子的溶液中的正、负两个电极构成。电流(即电子)流进负电极(阴极),溶液中带正电荷的正离子迁移到阴极,并与电子结合,变成中性的元素或分子;带负电荷的负离子迁移到另一电极(阳极),给出电子,变成中性元素或分子。
  电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程。电镀时,镀层金属做阳极,被氧化成阳离子进入电镀液;待镀的金属制品做阴极,镀层金属的阳离子在金属表面被还原形成镀层。为排除其它阳离子的干扰,且使镀层均匀、牢固,需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液,以保持镀层金属阳离子的浓度不变。电镀的目的是在基材上镀上金属镀层(deposit),改变基材表面性质或尺寸。电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性、和表面美观。  

电流对人体的伤害因素

  造成触电伤亡的主要因素一般有以下几方面:
  1.通过人体电流的大小。根据电击事故分析得出:当工频电流为0.5~1mA时,人就有手指、手腕麻或痛的感觉;当电流增至8—10mA时,针刺感、疼痛感增强发生痉挛而抓紧带电体,但终能摆脱带电体;当接触电流达到20~30mA时,会使人迅速麻痹不能摆脱带电体,而且血压升高,呼吸困难;电流为50mA时,就会使人呼吸麻痹,心脏开始颤动,数秒钟后就可致命。通过人体电流越大,人体生理反应越强烈,病理状态越严重,致命的时间就越短。
  2.通电时间的长短。电流通过人体的时间越长后果越严重。这是因为时间越长,人体的电阻就会降低,电流就会增大。同时,人的心脏每收缩、扩张一次,中间有0.1s的时间间隙期。在这个间隙期内,人体对电流作用最敏感。所以,触电时间越长,与这个间隙期重合的次数就越多,从而造成的危险也就越大。
  3.电流通过人体的途径。当电流通过人体的内部重要器官时,后果就严重。例如通过头部,会破坏脑神经,使人死亡。通过脊髓,会破坏中枢神经,使人瘫痪。通过肺部会使人呼吸困难。通过心脏,会引起心脏颤动或停止跳动而死亡。这几种伤害中,以心脏伤害最为严重。根据事故统计得出:通过人体途径最危险的是从手到脚,其次是从手到手,危险最小的是从脚到脚,但可能导致二次事故的发生。
  4.电流的种类。电流可分为直流电、交流电。交流电可分为工频电和高频电。这些电流对人体都有伤害,但伤害程度不同。人体忍受直流电、高频电的能力比工频电强。所以,工频电对人体的危害最大。
  5.触电者的健康状况。电击的后果与触电者的健康状况有关。根据资料统计,肌肉发达者、成年人比儿童摆脱电流的能力强,男性比女性摆脱电流的能力强。电击对患有心脏病、肺病、内分泌失调及精神病等患者最危险。他们的触电死亡率最高。另外,对触电有心理准备的,触电伤害轻。