电流

  • 电流是电荷的定向运动,由载流子的定向运动而产生。传导电流是导体中的电流。
  • 电流强度:单位时间通过横截面的电量:$\displaystyle I = \frac{\Delta q}{\Delta t}$,单位:安(培),符号 $A = C/s$
  • 电流密度:单位时间通过单位横截面的电量:$\displaystyle \mathrm dI = \boldsymbol J ·\mathrm d\boldsymbol S$,单位:$A/m^2$
  • 总电流各个载流子密度的矢量和,$\displaystyle \mathrm dI = \sum \boldsymbol J_i · \mathrm d\boldsymbol S$
  • 金属中的电流密度:$\boldsymbol J = nev$
  • 电流的连续性方程:$\displaystyle \oint_S \boldsymbol J · \mathrm d \boldsymbol S = - \frac{\mathrm d q_{in}}{\mathrm dt}$

恒定电流

  • 恒定电流:导体各处电流不随时间变化的电流
  • 恒定电流的连续性方程:$\displaystyle \oint_S \boldsymbol J · \mathrm d \boldsymbol S = 0$
  • 基尔霍夫第一方程:$\displaystyle \sum I_i = 0$
  • 恒定电场:恒定电流下产生的电场,电荷分布不随时间改变,因此电场分布也不随时间改变:$\displaystyle \oint_L \boldsymbol E · \mathrm d \boldsymbol r = 0$
  • 基尔霍夫第二定理:恒定电流电路总,沿任何闭合回路的一周的电势降落代数和为零。
  • 恒定电场伴随电荷运动,故有能量转换,静电场是由固定点和产生的,故不需要能量的转换。

欧姆定律

  • 欧姆定律:$U = IR$,其中 $R$ 是导体电阻,符号为 $\Omega$
  • 电阻定律:$\displaystyle R = \rho \frac{l}{S} = \frac{1}{\sigma S}$,其中 $\rho$ 是导体材料的电阻率,符号为 $\Omega · m$,$\sigma$ 是导体材料的电导率,符号为 $S / m$.
  • 将 $U = E \Delta l, I= J\Delta S, \displaystyle R = \rho \frac{l}{S} = \frac{1}{\sigma S}$ 代入欧姆定律可得欧姆定律的微分形式:$\boldsymbol J = \sigma \boldsymbol E$

电动势

  • 电动势:在电源内将单位正电荷从负极移向正极时非静电力所做的功,$\displaystyle E = \frac{A_{ne}}{q}$
  • 在电源内,非静电力的作用可以视作一个非静电场,所以电动势可以视作电源内的场强。
  • 全电路欧姆定律公式:根据闭合电路电势降落之和为零,可以得到一个回路当中,$\displaystyle \sum (\mp E_i) + \sum (\pm I_iR_i) = 0$

焦耳定律

  • $\displaystyle \boldsymbol J = \frac{ne^2\tau}{m} \boldsymbol E$,其中 $\displaystyle \sigma = \frac{ne^2\tau}{m}$
  • 焦耳定律微分形式:$p = \sigma E^2$
  • 焦耳定律:$P = I^2 R$