簡短報告
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有時,電流分布在導體表面很薄的區(qū)域內(nèi),這種分布電流理想化為分布在沒有厚度的幾何表面的電流,稱為表面電流密度,[1] 記為Js,其方向為正電荷的移動方向。
量子效率與電流密度的關(guān)系
單位及公式公布
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單位:安培每平方米,記為A/㎡。物理學上一般用J來表示。
公式:J=I/S
I和J都是描述電流的物理量網(wǎng)校頭條,I是描述表面當前情況的標量,J是描述每個點當前情況的矢量場。
電流密度通常可以近似地與電場成比例,表示為
J=σE;其中E為電場強度,J為電流密度,σ為電導率,是電阻率的倒數(shù)。
歐姆定律:R(電阻 = 電壓 / 電流)
電阻公式指出,均勻橫截面積的物體的電阻與電阻率和導體的長度成正比,與橫截面積成反比。
R=ρL/S;其中R為電阻,L為物體的長度電荷量計算公式,S為物體的截面積,ρ為電阻率。
根據(jù)歐姆定律,電壓 V 等于電流 I 乘以電阻:V=IR
所以,
鍍層厚度與電流密度關(guān)系
V=I*ρL/S。注意,在物體內(nèi)部,電場與電壓的關(guān)系為E=Z*V/L
其中Z是電流流動的方向。
因此,E = Z * ρI / S = ρJ
電導率是電阻率的倒數(shù),σ=1/ρ。電流密度與電場的關(guān)系為
J=σE。
重要性報告
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電流密度對于電力和電子系統(tǒng)的設(shè)計非常重要。電路的性能與電流的大小密切相關(guān),而電流密度則由導體的物理尺寸決定。例如,隨著集成電路尺寸越來越小電荷量計算公式,為了實現(xiàn)增加芯片內(nèi)元件數(shù)量的目標,電流密度往往會增加,盡管元件越小,所需的電流就越小。更多細節(jié)請參考摩爾定律。
在高頻下,由于趨膚效應(yīng),傳導面積更加局限于表面附近,從而導致更高的電流密度。
電流密度過大會產(chǎn)生不良后果。大多數(shù)電導體都具有有限的正電阻,這會將電能以熱量的形式耗散。電流密度必須保持在此水平以下,以防止導體因過熱而熔化或燃燒,并防止絕緣材料受損。如果電流密度過高,材料之間的互連將開始移動,這種現(xiàn)象稱為電遷移。在超導體中,過大的電流密度會產(chǎn)生強磁場,這會導致超導體自發(fā)失去其超導特性。
電流密度的分析和觀察可用于探測固體的固有物理性質(zhì),包括金屬、半導體、絕緣體等。在這一科學領(lǐng)域,材料科學家已經(jīng)開發(fā)出非常詳細的理論形式來解釋許多關(guān)鍵的實驗觀察結(jié)果。
安培力定律描述的是電流密度與磁場的關(guān)系,電流密度是安培力定律的一個重要參數(shù)。
在變壓器設(shè)計中,不同的鐵芯尺寸、不同的溫升、不同的壓降要求、不同的散熱條件,都會產(chǎn)生不同的電流密度,不能假設(shè)某一電流密度對于某一線徑來說是一個固定值。
電流強度與電流密度的關(guān)系
電流密度是一種以矢量形式定義的度量,其方向是單位面積相應(yīng)橫截面的法向量,其大小是單位橫截面積的電流。使用國際單位制,電流密度的單位是“安培/平方米”