1.2.1 电流
1.电流的概念
电荷做有规则的定向移动即形成电流,电流的大小通常用电流强度来衡量。通常把单位时间内通过导体横截面的电荷量定义为电流强度,简称电流。一般用符号i(t)表示,即
式中,q是电荷量,国际单位为库仑(C);t是时间,单位为秒(s)。
电流的国际单位为安培(A),简称安。电流的常用单位还有微安(μA)、毫安(mA)和千安(kA)等,它们之间存在以下对应关系。
1A=103mA=106μA=10-3kA
通常把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。如果电流大小及方向都不随时间变化,即dq(t)/dt为常数时,称为直流电流,简称直流(Direct Current,DC),常用大写字母I来表示;如果电流是随时间t变化的函数,称为时变电流,用i(t)来表示,有时也简写为i;当时变电流的大小和方向都随时间做周期性变化时,则称为交变电流(Alternating Current,AC)。
2.电流的参考方向
电流的实际方向也称为真实方向。对于简单电路,实际方向有时能直接判断出来,例如图1-6a所示电路,由于a点接电源的正极,b点接电源的负极,所以电流的方向是由a点到b点。但对于图1-6b所示的较复杂电路,由于方框中的元器件类型和元器件值未知,所以难以判断a和b两点之间电流的实际方向。
因此为了分析方便,通常可以任意假设一个方向为正电荷的定向运动方向,并把这个方向称为电流的参考方向,通常在电路图上用箭头“→”表示,箭头的方向为电流的参考方向,如图1-6c所示。电路参考方向也可以用双下角标表示,例如Iab表示电流的参考方向是从a点流向b点。分析具体电路时,可以先按照设定的参考方向进行计算,若实际计算出来的电流大小为正值,则认为实际电流方向与参考方向一致,否则认为实际电流方向与参考方向相反。
图1-6 电流的实际方向和参考方向
例1-1 已知流过某元器件的电流i(t)的参考方向如图1-7所示。若,分别计算t=10ms和t=20ms时的电流,并指出电流的实际方向。
图1-7 例1-1图
解:当t=10ms时,=,说明电流的实际方向与参考方向相反,即电流从b点流向a点。
当t=20ms时,,说明电流的实际方向与参考方向相同,即电流从a点流向b点。
注意,电流是一个既有大小也有方向的物理量,电流值的正负号是以设定的参考方向为前提的,若没有设定参考方向,那么计算出来的电流的正、负号没有任何意义。