I=nqSv是如何由最基本公式推导出来的

问题描述

精选答案

电流是自由的带电粒子定向移动产生的，电流不是实际存在的实物，而是对带电粒子运动的描述，是一个微观物质运动产生的宏观现象。

对比水流的话，水流是水分子的移动产生的，其本身并不是实物，而是对水分子运动的描述，是一个微观物质运动产生的宏观现象。电流除了经典的I=U/R之外，还有一个公式是I=nqsv。n是单位体积内电荷数量，q是单位电荷量，s是导体截面积，v是电荷速度。（这个公式下，认为导体内均匀分布相同电荷量的自由带电粒子，n*q就是单位体积内的电荷量）从这个公式可以看出，想要产生电流，导体内就必须有能运动的电荷，就如要产生水流，水管里就必须有能运动的水分子。在相同的外部电场作用下（U相等），带电粒子的速度基本是相等的，电流的大小就取决于截面积和单位体积内的电荷量，电阻大的导体，要么是截面积小，要么是自由电荷量少。同样类比水流的话，截面积可以类比相同的水压下，水管越粗，水流量越大；自由电荷量可以类比，水管里面有一堆堵上不动弹的冰块，会降低水流量，电阻极大的物体，就像天气太冷被冻上的水管子。在导体性质不改变的前提下，自由电荷在电场的作用下往前跑，一开始是一段铜线，自由电荷多，电流量大，后来分成一段铁线和一根橡胶棒，铁线那边自由电荷少，但分到的电压多，电场更强，电荷速度更快，最终电流量保持和铜线一样，而橡胶棒那边因为和铁线并联，分到了和铁线一样的电压，但因为自由电荷几乎没有，因此产生的电流量远小于铁线，最终观测到的现象就是电流“选择”了电阻小的铁线。电流在串联电路中处处相等，可以认为是因为一般情况下，自由移动的电荷无法脱离其异性电荷的束缚，需要串联电路中各点电流量相等来保持电路中各点的点子电荷量不变。同样类比水流的话，一根粗细不匀的水管若水源水压不变（电压不变），其各点的水流量是相同，不可能出现靠前的A点水流量大于靠后的B点水流量，那么水分子就会逐渐在AB段之间堆积，最后撑爆水管。对于电流，以金属导体为例，其根源是虽然金属导体因为原子核紧密排列，其最外层电子很容易丢失产生自由电子，电子在电场作用下移动产生电流，但在电子流动的过程中，金属导体任意时刻的都是处于正负电荷平衡状态的（否则金属导体若因为电流量不平衡造成电子量的增减，带正电或者负电，会对电子的运动产生影响，最终产生负反馈达到类似于力平衡的效果），了。因此电源的负电极需要持续不断的提供电子，从负电极经过金属导体流向正电极，而能提供多少电子，就是电源的电量。电阻大的物体或者说绝缘体，其自由电子极少，几乎无法产生能够观测到的电流。补充，上面说了是在导体性质不变的前提下，因为几乎所有物质在合适的压强和温度下都会气化，而几乎所有气体在足够大的电场作用下都会变成等离子态。等离子态的气体，其正电荷和负电荷在强大的电场作用下分离，产生大量的自由正负电荷，并在电场的作用下移动，产生电流。常见的气体电离现象有闪电和日光灯，空气在雷积云强大的对地电场下被电离，产生正负电荷，在雷积云的对地电场作用下产生电流，而随着正负离子到达电极，电场逐渐被减弱，雷积云的局部电荷逐渐下降，电场随之下降，最终电流消失，雷击结束。日光灯则是在启辉器作用下产生瞬时的大电场，将灯管中低密度的惰性气体电离，之后等离子态的惰性气体在交变电场的左右下反复横跳，发光发热。