www.drhuang.com

2.1 电源和电流

雷鸣电闪时 , 强大的电流使天

空发出耀眼的闪光 , 但它只能存

在于一瞬间 , 而手电筒中的小灯

泡却能持续发光 , 这是为什么 ?

一、电源

导体中的自由电荷在电场力的作用下发生 定向移动形成电流 . (

瞬时电流

1

、电流的形

成

2 、持续电流的形成

倘若在 A,B 之间连接一个装置 P, 作用是不断地把电子从 A 搬 运到 B ，使 AB 之间始终存在一定的电场，从而保持持续电流

。

装置 P 电源

-

A B -

A + +

+ ++ +

+ + _

_ B _

_ __ _ _

等势体

导体中产生电流的条件 : 导体两端存 在电势差

A

B

水池

导体中自由电子的定向 移动使两个带电体成为 等势体 , 达到静电平衡

，导线 R 中会产生一个 瞬时电流

抽水机

-

- + -

+ A

+ + + +

+ + _ _

B _ _ _ _

_ _ P

- -

电源

1. 能把自由电子从正极搬到负极的装置 . 2. 作用 : 保持导体两端的电势差 ( 电

压 ), 使电路有持续的电流 .

- - +

A +

+ +

+ +

+ + _

_ _ _ B

_ _ _ _

P

假设在电源正、负极

之间连一根导线

N

E₀

F

F_n F_t

二 . 导线中的电场

- - +

A +

+ +

+ +

+ + _

_ _ _ B

_ _ _ _

P

假设在电源正、负极

之间连一根导线

N

E₀

F

F_n F_t

M

N

E₀

E₀

E′

M

N

E

导线内很 快形成沿 导线方向 的电场

二 . 导线中的电场

导体内的电场线保持和导线平行

小结 ^: 形成电流的条件

（ 1 ）存在自由电荷

　 金属导体——自由电子 电解液——正、负离子

（ 2 ）导体两端存在电压

　　 当导体两端存在电压时，导体内建立了 电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下 发生定向移动，形成电流．

　 电源的作用是保持导体两端的电压，使导

体中有持续的电流．

我们在上一章中曾经得出结论 : 在静电平衡时 , 导体内部的场强为 零 , 导体上任意两点之间的电势差 为零 ( 等势体 ). 这与我们现在的 说法有矛盾吗 ? 为什么 ?

思考题

导线内的电场，是由电源

、导线等电路元件所积累的电

荷共同形成的。尽管这些电荷

也在运动，但有的流走了，另

外的又来补充，所以电荷的分

布是稳定的，电场的分布也稳

定。 --- 恒定电场

恒定电场

由稳定分布的电荷产生

稳定的电场称为恒定电场 .

恒定电场

电场强度不变

自由电子在各个位置的定向运动速率也不变 串一个电流表 , 读数不会变

( 恒定电流 )

叁 、恒定电流

电流：

1 、 定义： 大小、方向都不随时间变化的电流 大小、方向都不随时间变化的电流

用单位时间内通过导体横截面的电量表示电流强弱 2 、 公式

：

It q 

4 、 方向：正电荷定向移动的方向

金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。

可得 t I  q

3 、 单位：安培 A 其他单位 mA μA

（ 1

）电流为标量，电流虽有方向但是标量

（ 2

）电解液中正负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离子 定向移动形成的电流方向是相同的，此时

为正电荷总电荷量和

负电荷总电荷量的绝对值之和。

例

某电解池，如果在

中内共有

个二价正离

子和

个一价负电子通过某横截面，那么通过

这个横截面的电流强度是多大？

答案：

说明 说明

例

有一条横截面积

的铜导线，通过的电流

。 已知铜的密度

，铜的摩尔质量

，阿伏加德罗常数

，电子的电量

19C

。求铜导线中自由电子定向移动的速率。

解：设自由电子定向移动的速率是

通过横截面的电荷量是 N e

ne M

q   ρ vtS _A

由 t

I  q _得

M I ρ vSN ^Ae

从中解出 SN_A v IM

 e ρ

代入数值后得 v =7.5 ×10^-5 m/s

四、电流的微观表达式

推导：

- -

- -- - -

A B

ι

总电量 电荷总数

nlSq nqSv l/

Nq t

I  Q   

l/

vt

s v v

例

有一条横截面积

的铜导线，通过 的电 流

已知铜的密度

，铜 的摩尔质量

，阿伏加德 罗 常数

，电子的电量

e=-1.6 × 10 ^-19 C

。

求 : 铜导线中自由电子定向移动的速率

A

v IM

 SN e

  7.5 10 

m s /

答案：

思考题

如果认为电子的定向运动速率就是 电流的传导速率，和我们的生活经 验是否相符？怎样解释？

电子定向移动的速率约 10

m/s

， 电子热运动的平均速率 10

m/s ，

电场的传播速率 3×10

m/s.

三种速度的区别

（ 1 ）电流传导速率等于光速，电路一接通，导体中的电子立即 受到电场力作用而定向移动形成电流。（对整体而言）

（ 2 ）电子定向移动速率，其大小与电流有关，一般每秒为 10^-2— -10^-3m 的数量级。（对每个电子而言）

（ 3 ）电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运动，其速度与 温度有关，通常情况为每秒几百米。

1

、形成电流的条件：

（

）存在自由电荷（

）导体两端存在电压

、电源的作用：提供持续的电压

3

、导线中的电场

导线内的电场线保持和导线平行

恒定电场

4

、恒定电流

大小方向都不随时间变化的电流

、电流

表示电流的强弱程度的物理量

（

）定义式

（

）金属导体中电流的计算式

小结

nqsv I 

n

为单位体积内自由电荷数目，

为导体横截面

积，

为电荷定向移动速率

为每个自由电荷的电

量