一、电流

(一)电流的形成

1、电流:

电荷有规则的定向运动形成电流。用I、i表示。

了解电流的实质,就要从物质内部结构进行分折:

任何物质都是由分子组成,分子是由原子组成,而原子又是由带正电原子核和带负电的电子组成。

在常态下,原子核所带的正电荷数等于电子所带的负电荷数,物质呈中性。

在金属导体中存在较多脱离原子核吸引力的自由电子,它们相互碰撞,处于无定向无规则运动,所以也不显电性。

电流电压与电阻有什么关系(电的基础知识电流与电阻)(1)

例如,13号元素铝的原子结构。电子分层排列(2,8,3)

当人们给一定外加条件时,如导体两端加一个电场(即按上电源),则导体内自由电子受到电场力的作用,正电场吸引电子,负电场排拆电子,所以导体内自由电子就向着正电场方向移动。

2、电场力:

带电导体的周围存在着电场,电场对处在场内的电荷有力的作用。在金属导体中,电子在外电场的作用下有规则的运动形成电流。

3、电流强度:

电流的大小取决于在一定时间内通过导体横截面的电荷量的多少,在单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,表示通过该导体的电流越强,反之较弱,所以电流大小用电流强度来衡量。

为方便起见,人们把电流强度简称电流。

电流电压与电阻有什么关系(电的基础知识电流与电阻)(2)

4、电流密度:

在实际工作中,经常需要选择导体(线)的粗细即截面积,这就需要用到电流密度这一概念。

当电流在导体的横截面上均匀分布时,该电流与导体横截面的比值,就称为电流密度。

电流电压与电阻有什么关系(电的基础知识电流与电阻)(3)

电流密度与导体横截面不呈线性关系。因为导体的截面积选用必须考虑诸多综合因素,如环境、敷设方式、敷设长度。耐热、散热要重点考虑。

一般电流密度选择:负载电流越大,电流密度相对越小。

如:横截面2.5mm2的BVR塑料多股线的电流密度可选为7A/mm2,一般情况下:2.5mm2BVR最大可通过17.5A电流,可配用3.8kW的单相用电设备。

又如:现需要安装一路供电线路,此线路计算总负荷电流为125A,选配电缆前应先根据实际情况确定电流密度,通常100A以上电路选用电缆的电流密度,每平方毫米不大于2A,即J=2A/mm2,那么,

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(二)电流的方向

1、电流的方向——正电荷移动的方向为电流方向。

不同的导电物质中,形成电流的运动电荷,可以是正电荷,也可以是负电荷。甚至两者都有。为统一起见规定:正电荷定向移动的方向为电流方向。

按照这个规定,在电源外部,电流的方向是从电源的正极流向负极。

电流电压与电阻有什么关系(电的基础知识电流与电阻)(5)

在金属导体中,电子运动的方向与电流方向相反。

2、电流方向的表示:

例:如图所示电路,求出Iao的大小和方向。

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解:先设定Iao的方向,如图所示

根据基尔霍夫节点电流定律:

Iao Ibo=Ioc

Iao=Ioc-Ibo 将已知数代入

Iao=3-4=-1A

得数为负值,实际电流方向为Ioa。

(三)电流的单位

电流的国际单位为安培,简称为安,用A表示。

常用的电流单位:千安(kA)、毫安(mA)、微安(μA)。

kA、A、mA、μA依次为千进位,即:

1kA=103A=106mA=109μA

(四)电流的种类

电流的种类即电流的性质,通常分直流电、交流电两种。

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二、电阻

电阻是反映物体对电流起阻碍作用大小的一个物理量。

电阻这一物理量可衡量物体的导电能力,物体电阻小导电能力就强,反之就弱。

电阻用字母R、r表示。

电阻的单位:欧姆,简称欧,用字母Ω表示。

物体的电阻是客观存在的,不随电压的高低而变化。

实验证明:

物体的电阻跟物体长度成正比,跟物体截面积成反比,并与物体的材料(电阻率)和温度有关,可用以下公式表达

电流电压与电阻有什么关系(电的基础知识电流与电阻)(8)

1、电阻率ρ:

是与物体材料性质有关的物理量,称为电阻系数或电阻率。它是指长度1米,横截面1平方毫米的某种材料的物体在20℃时的电阻值。单位:Ω·m。

不同的材料其电阻率也不同,下表列出几种常用金属的电阻率。

表1-1 常用金属材料的电阻率及电阻温度系数

材料名称

20℃时的电阻 率/ Ω·m

电阻温度系数/℃-1

1.6×10-8

0.00361

1.72×10-8

0.0041

2.2×10-8

0.00365

2.9×10-8

0.00423

4.77×10-8

0.00478

5.3×10-8

0.005

9.78×10-8

0.00625

康铜(铜54%,镍46%)

50×10-8

0.00004

2、温度系数α:

表中温度系数α,说明电阻率与温度有关,实验证明,物体的温度变化,电阻也随之变化,一般导体温度升高后,导体的电阻值随之增大,相对导电能力下降。(注:导体碳相反)

我们把温度升高1℃时,电阻所产生的变动值与原电阻值的比值,称为电阻温度系数,用α表示,单位1/℃

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一般金属材料电阻温度系数很小,但温度很高时,电阻变化显著,不可忽视。

在实际工作中,我们不但用电阻去衡量物体的导电能力,我们还将具有一定阻值物质制作成实体元件,称为电阻器。

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电阻元件主要参数:电阻值、功率、允许偏差等。

电阻器的作用:在直流电路中,常用于分压、分流、阻抗匹配等;交流电路中,电阻器常用于限流。

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