导体(Conductor)是指电阻率很小且易于传导电流的物质。导体中存在的大量可自由移动的带电粒子称为载流子。在外电场作用下,载流子做定向运动,形成电流。金属是最常见的一类导体。金属原子最外层的价电子很容易挣脱原子核的束缚而成为自由电子,金属中自由电子的浓度很大,所以金属导体的电阻率通常比其他导体材料要小。金属导体的电阻率一般随温度降低而减小。在极低温度下,某些金属与合金的电阻率将消失而转化为超导体。
在导体中,电子通常在相邻的原子中不断地转移,导体中电子的转移几乎无时无刻都在发生。每个瞬间,原子都在不停地获得和失去电子,并且在正电性、负电性和中性之间不断地变化。
通常情况下,电子的这种转移过程是完全随机的,每个电子转移的方向都不相同。人们用每秒钟通过导线某一横截面的电荷量的多少来衡量电流的大小,叫做电流强度,简称电流。电流的单位是安培,简称安,用字母A表示,常用的电流单位还有k A、m A、μA。
根据国家标准GB 3101-1993《有关量、单位和符号的一般原则》的规定,国际单位制(SI)词头的换算关系见表2.1-1。
表2.1-1 国际单位制(SI)词头
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备注:国际单位制(SI)词头是位于单位之前表示单位的十进制倍率的前缀,用于构成十进制倍率单位。词头单位与所紧接的单位符号应作为一个整体对待,共同组成一个新的单位,具有相同的幂次,还可以和其他单位构成组合单位。
当导体内部的随机电子运动变得有规则并且朝着同一方向运动的时候,导体内部就会产生电流,即电荷的定向运动就会形成电流。
这些电子本身的运动速度其实并不快,也就每秒几毫米。但是当电子离开原子并被吸附到另一个原子的时候,瞬间就有另一个电子吸附到之前的原子上,同时这个失去电子的原子也会吸附其他原子上的电子。这就导致了虽然每个电子的运动速度都很慢,电子却能够在导线上以光速传导它们的电磁力,即电流的速度是光速。因此,当接通灯的开关的时候,不管灯和开关之间的距离有多长,灯都会立刻亮起。
为了更好地理解电流的概念,我们可以把电路与水路进行比较。图2.1-1(a)是一个简单的水路,水泵工作时,打开阀门,管道将会有水流过,带动水轮机工作。图2.1-1(b)是一个简单的电路,接通开关,线路里就会有电流流过,通过电机后将带动电机工作。
图2.1-1 水路与电路
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