導體中的電流

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簡介

電流和導體彼此必不可少，因為電流只有在導體中才能無損流動。電流是在特定方向上電荷的流動。電流能夠透過導體，是由於兩端存在電位差。

導體也會帶電，無論它是否連線到電池上。但是，當它與任何電壓源無關時，電荷只是中性的，並在隨機方向上移動，導致淨電荷流為零和熱速度。因此，為了獲得透過導體的淨電流，我們使用一個有兩個端子（正極和負極）的電池。因此，由於電位差，電荷開始從高電位流向低電位。

什麼是電導體？

簡單來說，充當橋樑或連線體的物體就是導體。可以用來導電的材料是導體。允許電流透過的材料稱為電導體。電荷透過導體的流動是由於原子外層存在的電子。這些是自由電子，當導體未連線到電池時，它們在導體中自由移動。

一旦我們藉助電池或其他電源施加外部電壓。由於電位差，帶電粒子（如電子）開始從負極漂移到正極。所有電子的這種漂移在電子漂移的反方向產生電流。

導體有多種型別，並根據其原材料進行分類。

• 我們日常生活中使用的多數導體都是由金屬製成的，例如銀、銅等。這些被稱為金屬導體。

• 實驗室或實驗領域中的一些導體是由碳製成的。這裡我們使用石墨。

• 在導體的液體形式中，我們使用離子導體，例如鹽水。

絕緣體

絕緣體具有與導體完全相反的特性。絕緣體可以定義為不允許電流透過且不與電連線的材料。由於價帶和導帶之間存在較高的能帶隙，絕緣體具有高電阻率和低電導率。

如果我們正在尋找導電性，那麼絕緣體對我們來說不是那麼有利，但為了防止導致電能損失的不必要的導電，我們可以使用絕緣體。此外，從事電氣工程領域的工人也使用絕緣體，例如手柄上的絕緣塗層、絕緣手套等。所有絕緣體均由橡膠、木材、塑膠、石頭等製成。以下是一些最常用的商用絕緣體：

• 針式絕緣子

• 盤式絕緣子

• 懸式絕緣子

• 拉線絕緣子

• 懸鏈絕緣子

對電子流動的影響

導體中電子的流動受多種因素影響。

• 導體的電阻：導體和電路中電子的流動與導體的電阻成反比。因此，電阻越高，電子流動越慢。

• 電流的大小也會影響電子的流動。如果透過導體的電流為 1 安培，則其電子數量少於電流為 2 安培的導體。電流的大小與外加電場成正比。

什麼是電流？

電流可以定義為一群帶電粒子（如電子、離子等）在任何力的影響下（例如電位差）沿特定方向的流動。電流是在單位時間內透過單位橫截面積導體的電荷量。電流的 SI 單位是安培，等於每秒一庫侖。

電流的視覺化

由於一些專業術語（如電位差、電阻等），電流的流動有些難以理解。為了更好地理解，我們可以使用下圖。

在這裡，我們可以看到管道里充滿了水，就像這些管道導體也充滿了帶電粒子一樣。但水流只有在外部壓力源的幫助下才能流動。現在，電流的流動也是同樣的過程。在電路中，外部壓力是電位差，控制旋鈕是電阻，水分子是帶電粒子，管道是導體。

電流的方向

電流的方向人們並不十分清楚。大多數書籍都跳過了這個話題，因為作者掌握的資訊很少且存在疑問。一般來說，我們認為電流的方向是從高電位到低電位，即從正極到負極，這被稱為常規電流，也是大多數人認為的電流方向。

然而，當我們深入研究電流時，我們發現電流是導體中帶電粒子的流動，而導體的電子在外部力的影響下可以自由移動。因此，電子帶負電，它們從負極移動到正極。因此，電子從負極到正極的流動就是電流的方向。

導體中的電流

在導體中，有數百萬個自由電子，它們在沒有外部電場或力的影響下，以任何隨機方向移動。每個電子的方向都不同，因此它們在相反方向上的淨速度為零，相互抵消。

然而，當我們對導體施加任何電場時，它會使所有自由電子沿恆定方向排列，並在靜電力的影響下開始移動。電子帶負電，因此它們開始向正方向移動。

這產生了帶電粒子的連續流動，稱為電流。

電子的遷移率

簡單來說，遷移率意味著移動的能力。我們都知道，當導體中的自由帶電粒子受到外部力源的影響時，它們會移動。當這些載流子自由移動時，淨漂移速度為零，但在外加電場的影響下，帶電粒子開始根據其電荷的性質在導體中漂移。這種漂移具有根據外加電場強度而定的特定速度。

因此，遷移率可以定義為電子或任何其他載流子在外加電場作用下的漂移速度。

遷移率的符號為 $\mathrm{\mu}$

$$\mathrm{遷移率(\mu )=\frac{v}{E}}$$

這裡，V = 帶電粒子的速度

E = 外加電場

導體中電流的重要性

電流對於導體和電氣裝置非常重要。電流在導體中的一些重要性如下所示。

• 由於我們家中大多數裝置都是電動的，因此電流對於導體和我們平衡的日常生活非常重要。

• 如果導體中沒有電流，那麼世界將無法發展和管理供需鏈，這將影響地球上的生活。

• 此外，如果導體中沒有電流，我們將無法與親朋好友進行交流。

• 現代交通工具也由電流驅動，如果導體中沒有電流，也會受到影響。

常見問題

Q1. 什麼是良好的電導體？

A1. 良好的電導體是指電導率高、電阻率低的導體。此外，一些由銅、金和銀製成的導體是最好的電導體。

Q2. 什麼是半導體？

A2. 不是純導體也不是純絕緣體的導體是半導體。半導體的電導率介於絕緣體和導體之間。矽和鍺是半導體的最佳示例。

Q3. 電路是什麼意思？

A3. 電路可以定義為電流的閉合且連續的路徑，包括工作裝置、導體和電池。

Q4. 導體長度對電流流動的影響是什麼？

A4. 導體的長度是一個非常重要的因素，它會影響透過導體的電流大小。電阻與長度成正比。因此，較長的導線對電流流動的電阻更大，從而降低了透過導體的總電流。

Q5. 什麼是漂移速度？

A5. 當我們將導體置於電場的影響下時，自由電荷載流子將在電場的影響下移動。這種運動稱為漂移。因此，這些帶電粒子漂移的平均速度稱為漂移速度。