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电流密度的定义、单位、公式及与量子效率的关系

更新时间:2024-07-22 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

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有时,电流分布在导体表面很薄的区域内,这种分布电流理想化为分布在没有厚度的几何表面的电流,称为表面电流密度,[1] 记为Js,其方向为正电荷的移动方向。6dh物理好资源网(原物理ok网)

量子效率与电流密度的关系6dh物理好资源网(原物理ok网)

单位及公式公布6dh物理好资源网(原物理ok网)

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单位:安培每平方米,记为A/㎡。物理学上一般用J来表示。6dh物理好资源网(原物理ok网)

公式:J=I/S6dh物理好资源网(原物理ok网)

I和J都是描述电流的物理量网校头条,I是描述表面当前情况的标量,J是描述每个点当前情况的矢量场。6dh物理好资源网(原物理ok网)

电流密度通常可以近似地与电场成比例,表示为6dh物理好资源网(原物理ok网)

J=σE;其中E为电场强度,J为电流密度,σ为电导率,是电阻率的倒数。6dh物理好资源网(原物理ok网)

欧姆定律:R(电阻 = 电压 / 电流)6dh物理好资源网(原物理ok网)

电阻公式指出,均匀横截面积的物体的电阻与电阻率和导体的长度成正比,与横截面积成反比。6dh物理好资源网(原物理ok网)

R=ρL/S;其中R为电阻,L为物体的长度电荷量计算公式,S为物体的截面积,ρ为电阻率。6dh物理好资源网(原物理ok网)

根据欧姆定律,电压 V 等于电流 I 乘以电阻:V=IR6dh物理好资源网(原物理ok网)

所以,6dh物理好资源网(原物理ok网)

电荷量计算公式6dh物理好资源网(原物理ok网)

镀层厚度与电流密度关系6dh物理好资源网(原物理ok网)

V=I*ρL/S。注意,在物体内部,电场与电压的关系为E=Z*V/L6dh物理好资源网(原物理ok网)

其中Z是电流流动的方向。6dh物理好资源网(原物理ok网)

因此,E = Z * ρI / S = ρJ6dh物理好资源网(原物理ok网)

电导率是电阻率的倒数,σ=1/ρ。电流密度与电场的关系为6dh物理好资源网(原物理ok网)

J=σE。6dh物理好资源网(原物理ok网)

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电流密度对于电力和电子系统的设计非常重要。电路的性能与电流的大小密切相关,而电流密度则由导体的物理尺寸决定。例如,随着集成电路尺寸越来越小电荷量计算公式,为了实现增加芯片内元件数量的目标,电流密度往往会增加,尽管元件越小,所需的电流就越小。更多细节请参考摩尔定律。6dh物理好资源网(原物理ok网)

在高频下,由于趋肤效应,传导面积更加局限于表面附近,从而导致更高的电流密度。6dh物理好资源网(原物理ok网)

电流密度过大会产生不良后果。大多数电导体都具有有限的正电阻,这会将电能以热量的形式耗散。电流密度必须保持在此水平以下,以防止导体因过热而熔化或燃烧,并防止绝缘材料受损。如果电流密度过高,材料之间的互连将开始移动,这种现象称为电迁移。在超导体中,过大的电流密度会产生强磁场,这会导致超导体自发失去其超导特性。6dh物理好资源网(原物理ok网)

电流密度的分析和观察可用于探测固体的固有物理性质,包括金属、半导体、绝缘体等。在这一科学领域,材料科学家已经开发出非常详细的理论形式来解释许多关键的实验观察结果。6dh物理好资源网(原物理ok网)

安培力定律描述的是电流密度与磁场的关系,电流密度是安培力定律的一个重要参数。6dh物理好资源网(原物理ok网)

在变压器设计中,不同的铁芯尺寸、不同的温升、不同的压降要求、不同的散热条件,都会产生不同的电流密度,不能假设某一电流密度对于某一线径来说是一个固定值。6dh物理好资源网(原物理ok网)

电流强度与电流密度的关系6dh物理好资源网(原物理ok网)

电流密度是一种以矢量形式定义的度量,其方向是单位面积相应横截面的法向量,其大小是单位横截面积的电流。使用国际单位制,电流密度的单位是“安培/平方米”6dh物理好资源网(原物理ok网)

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