【题目编号】MC1-0935
【题目】物理量“电流”描述的是:
【答案】A
[A]单位时间内流过电路的电子数量
[B]电源所能供应的电子数量最大值
[C]通电后流过电路的电子数量
[D]电子在导体中的运动速度
考点速览
本题考物理量电流的定义,答案是单位时间内流过电路的电子数量。核心还是那三个字——单位时间。电流描述的是电荷流动的速率,不是流动的总量,也不是流动的快慢速度。这道题在整份题库里属于最基础的层次,但它和后面关于电子漂移、导体中信号传播速度的知识点关系密切,理解透了能一次解决一串问题。
电流的定义与电子漂移
电流的定义式是电流等于电荷量除以时间,也就是 I 等于 Q 除以 t。一安培等于每秒钟通过导体横截面一库仑的电荷量。因为一库仑对应约六点二四乘以十的十八次方个元电荷,所以一安培大约相当于每秒钟有六点二四乘以十的十八次方个电子通过截面,这是一个极为庞大的数字。
题目选项用电子数量来表述电荷量,这是业余无线电语境下常见的通俗说法,方向是对的:电流确实度量单位时间内通过截面的电荷多少,而电荷的载体在金属导体里就是自由电子。需要留意的是,在电解液、等离子体和半导体里,参与导电的还可能是离子、空穴等载流子,把它们统称电子数量只是简化的说法,用来判定这道题足够了。
很多人以为电流大就意味着电子跑得快,这是最大的误解。金属导体里自由电子的热运动速度极高,常温下大约每秒十万米量级,但方向杂乱无章,宏观上不产生电流。加上电场后,电子在杂乱运动之上叠加了一个缓慢的定向漂移,漂移速度通常只有每秒零点几毫米到几毫米。电流越大,只是参与漂移的电子更多、漂移得更勤,而不是单个电子飞得更快。
那为什么合上开关灯就亮?因为电场在导体中建立的速度接近光速,它推动整条导线里的电子几乎同时开始漂移,能量以电磁场的形式沿线传播。所以电来得快和电子跑得慢并不矛盾。业余无线电里,信号在馈线中的传播速度约为光速的百分之六十六到百分之九十五,取决于绝缘介质,这个速度与电子的漂移速度没有任何关系。
逐项辨析
选项 A 正确。电流描述单位时间内流过电路的电子数量,也就是电荷量随时间的变化率。题干用单位时间卡住了时间因素,这正是电流定义的关键。
选项 B 错误。电源所能供应的电子数量最大值说的是电源能提供多少电荷,属于容量概念,对应电瓶的安时数,而不是电流。容量大的电瓶可以提供很大的电流,也可以只提供很小的电流,两者不是一回事。
选项 C 错误。通电后流过电路的电子数量没有除以时间,说的是电荷总量,单位是库仑。通电时间越长,这个总量越大,而电流可以始终不变,可见它不是电流。
选项 D 错误。电子在导体中的运动速度描述的是速度,单位是米每秒。电流的单位是安培,二者量纲完全不同。把电流与电子漂移速度混为一谈,是初学者最典型的错误之一。
直流、交流与电流的方向约定
习惯上把正电荷移动的方向规定为电流方向,所以金属导体中电流方向与电子实际移动方向相反。这一点在分析二极管、三极管和电真空器件时经常用到,弄反了会把整流电路的电流方向判错。
电流按方向分为直流和交流。直流大小方向恒定,电瓶、太阳能板、稳压电源输出都是直流。交流大小和方向周期性变化,市电是五十赫兹交流,射频电流则是频率更高的交流。按频率还可以细分为音频电流、射频电流等,但无论哪一种,定义都是电荷随时间的流动速率。
易混淆点
最容易混的是电流与电荷量。判据是看有没有每秒、单位时间这样的字眼:有,是电流,单位安培;没有,是电荷量,单位库仑。电瓶标称六十安时,说的是电荷量;发射时电流二十安培,说的是电流。两者相除得到的是放电可持续多久。
第二个易混点是电流与电流密度。电流密度是单位截面积上通过的电流,单位是安培每平方米,用来说明导线是否过载更准确。同样十安培电流,走一平方毫米与走十平方毫米的导线,发热差别极大,工程上关注的就是电流密度。
应试要点
记牢:电流等于电荷量除以时间,单位安培,关键词是每秒多少电荷。电子漂移速度极慢,电场建立极快,这是两条互不干扰的事实。做题时凡是选项里没有时间因素,或者给出的单位是库仑、米每秒,都不是电流的定义。