电流公式:基础、推导与应用解析

电流构成了几乎所有电子应用的基础。我们使用电流来开启几乎每一种电器。我们依靠它来在电水壶中烧水,依靠它来开启加热器,依靠电流给我们的设备充电。因此,我们可以看到电流在我们的生活中占据了很大的比重。在本文中,我们将尝试深入探讨什么是电流。电流本质上是每秒流动一库仑电量的流动过程。

我们将讨论电流的定义、用来表示电流的符号。我们将研究构成电流的电荷,并探究电流的起源。不仅如此,我们还将通过一个具体的例子来研究电流是如何流动的。我们会尝试区分交流电(AC)和直流电(DC)。最后,文章将提及电流的一些优点、缺点以及一些现实生活中的应用。为了更好地理解这些概念,我们还添加了一些已解决的实例。

目录

  • 什么是电流?
  • 电流的起源
  • 数学推导
  • 电流的类型
  • 电流的产生
  • 电流的特性
  • 实例解析
  • 实际应用

什么是电荷?

为了研究电流,我们需要了解电子学的基本量,即电荷。电荷是物质的一种物理属性,当它被置于电磁场中时,会受到力的作用。电荷的基本单位是库仑(C)。符号:Q

它可以进一步分为两种类型:

  • 正电荷: 当一个原子中的质子多于电子时,就会产生正电荷。
  • 负电荷: 当一个物体中的电子多于质子时,称为负电荷。

什么是电流?

电流被定义为电荷在闭合电路中流动的速率。电流的科学定义是“电荷流动的速率”,因此我们可以有电子产生的电流,也可以有质子产生的电流。基本上,它是电子在电路中的流动速率,或者我们可以说它是电荷在给定空间内的流动。因此,这个公式可以从欧姆定律推导出来:

> I = V/R

其中 : V – 电压

I – 电流

R- 导线的电阻

符号:I

> I= q/T

其中,

q = 电荷,

T = 时间

这个符号最早由安德烈-玛丽·安培在制定安培力定律(1820年)时使用,电流的单位安培(Ampere)就是以他的名字命名的。

电流的起源

本杰明·富兰克林在18世纪因发现了电而获得了赞誉,这得益于他的风筝实验,他在雷雨天气放飞了一只系着金属钥匙的风筝。后来,各种科学家发现了许多与电有关的现象,并发表了大量论文。

1826年,安德烈·安培发表了他关于电和磁的理论,解释了电动力学理论。他是第一个解释这一理论的人。电流的单位“安培”就是以他的名字命名的。

示例

让我们通过一个简单的例子来理解电流:

!Current-circuitCurrent Circuit

这个简单的电路由一个提供电源的电池组成,还包括一个利用电能产生热能的灯泡。连接线为电流的流动提供了完整的路径。正如我们在上图中看到的,电池提供了电荷移动所需的必要电压。这些运动中的电荷就被称为电流。正载流子从高电位向低电位方向移动。因此,从图中我们可以看到,正电荷在电池外部是从正极流向负极的。

通常,电子的运动方向与电流的运动方向相反,这在上面的电路中可以清楚地看到。

电流的数学推导

让我们尝试推导电流的数学公式。为此,我们看一个简单的电路:

!mathematical-derivationCurrent formula

其中,

i= 电流

V= 电压

R = 金属导线的电阻

现在我们应用基尔霍夫定律

V – iR=0

V = iR

> V/R = i

所以电流是电路中电压与电阻的比值。

电流的类型

基本上,电流可以分为两种类型:

  • 交流电
  • 直流电

交流电

交流电是指电子流动的方向随定期间隔变化的电流。在这种情况下,电流的大小和方向都是时间的函数。交流电的图表显示,交流电是时间的函数,可以用正弦波、余弦波、矩形波等来表示。

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