◇　北京　简　锋



非常道

电荷运动与电流的形成过程

◇北京简锋

电流是由电荷的定向移动形成的,那么电荷定向移动的速率是多大?以什么样的方式做定向移动?电荷定向移动的速度就是电流的速度吗?这3个问题都与电流的形成有关,明白了这些也就理解了电流是如何形成的．

1导体中电荷运动的速率多大?

图1

金属导体中能形成电流的电荷是导体中的自由电子,电解液中能形成电流的电荷是液体中的阳离子与阴离子．在形成电流前这些电荷并不是静止不动的,根据分子运动论,这些电荷时刻都在做无规则的热运动．以金属导体为例,科学家测出在常温下导体内自由电荷做热运动的平均速率约为105m·s-1,可见这个速率还是相当大的．那么这些做无规则热运动的自由电荷是如何形成电流的呢?我们构建一个如图1所示的模型．设单位体积内金属导体中自由电荷数为n,每个电荷的带电荷量为q,导体的横截面积S．闭合开关S,就会在AB间形成电场,导体内的电荷在电场力的作用下,定向移动,速率为v．设在时间t内通过导体横截面A的电荷量为Q,则Q=nVq=nSvtq,根据电流的计算式I=Q/t可推导出电流的微观表达式为I=nSqv．利用此公式可计算出电荷定向移动的速度v的大小．通过具体计算可知这个速率的数量级为10-5m·s-1,相比电荷热运动的速率,定向移动的速率是很小的．实事上导体内电荷此时的运动为热运动的速度与定向移动速度二者的合速度．

2电荷是如何做定……