知识点：比电流

电流是导体内带电粒子作大规模定向运动所导致的。随着电流的接通，电源的能量——由某种力克服电场力做功获得的电能，被传送到电路各处以供使用。

若电流经过电阻，将产生热；若经过电感，将通过安培力对外做功；若经过发光设备，则发出光。总之，电流流过的地方，就会有能量转换，即从电能转化为其他形式的能量。

读到这里，很多人的脑子里会有一副这样的画面：那些随着电流漂移的带电粒子——我们称之为载流子，就像一个个背着储能小钢罐卡通人一样，它们在电路中奔跑，将能量不断送出，周而复始，直到电源被耗尽。

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载流子的运动

根据上面这种理解，大多数人很自然就认为，电能是通过导线，随着载流子的运动而被传送的。

据此，有人用如下动画表示这种过程。导线中流动的载流子彼此连成一个环状的列车，从电源出来的载流子能量满满，穿过负载后，能量被消耗一空，电子空车又返回电源重新装载能量，再出发。

那么，物理事实真的是这样的吗？

非也！仅凭一个大家熟知的事实，就可以否定这种说法。

诸位在中学物理中都学过变压器，如下图就是一个示例。可以看到，两个线圈之间是绝缘的，电流并没有接通，所以指望电能随着载流子在导线中运动而被传递的想法是不对的。

你再想象一下，当那电站的闸刀一合上，电能瞬间就被送到了千里之外，如果真的靠导线中的电子的运动来携带电能，那速度怎会如此之快？

也许你会说：也不是不可以哦，毕竟电子的速度可以很快嘛！

然而，导线中的载流子的速度其实比你想象的要慢的多。不信的话，我们可以算一算。

考虑铜导线，假设每个铜原子贡献一个电子作为载流子。现有1mol的铜，它的体积为   ，摩尔质量为   ，密度为   ，则铜导线的载流子的浓度为  其中   为阿佛加德罗常数。查得铜的密度，代入得   的值大约为   个/立方米。

根据电流强度的定义，它等于单位时间内穿过导体截面的电量  设有导体横截面为   ，载流子的浓度为   ，漂移速度为   ，所带电荷为   。

则位于面   的左侧长为   的导体内的电荷为   ，这些电荷将在   的时间内穿过该面，故  这是电流强度的微观表达式。顺便说一下电流密度这个东东，因为后面要用到。它是指单位面积上的电流，也就是  由于导体内部各个点的载流子的速度可能不同，为了更细致的描述这种一般情况，就将电流密度定义为矢量，用   表示，即  设铜导线的半径为   =0.8mm，电流强度   为15安，   =   ，计算得电子的漂移速度为 

这速度怎么样？天啦！不说比乌龟慢，根据百科数据，这个速度比蜗牛还慢得多！凭这个速度，电网什么时候才能把电能送达到用户手中？

   

其实，之所以有人把载流子比作携带能量的车子，因为他们凭直觉认为，电能是被带电粒子所携带的。

然而，作为载流子——例如电子，是没有大小的。至少目前看来，电子只是一个点而已，没有内部结构。它若要携带能量，这能量装在哪里？

实际上，除了自身的质量所度量的静能之外，电子只有一种可以携带的能量，那就是动能。

但动能显然不是电能的本质。既然电子的漂移速度慢若蜗牛，而电子的质量又是如此之小，根据上面的载流子的浓度，你大概可以算一下，在电流一次完整的流过电路的过程中，比起负载消耗的电能来说，全部载流子的动能加起来的值是微不足道的。

那么，电能到底是什么呢？

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1、GB5226.1-2008 机械电气安全

2、GB19517-2009国家电气设备安全技术规范