電流密度

電流密度矢量是描述電路中某點電流強弱和流動方向的物理量。其大小等於單位時間內通過某一單位面積的電量，方向向量為單位面積相應截面的法向量，指向由正電荷通過此截面的指向確定。因為導線中不同點上與電流方向垂直的單位面積上流過的電流不同，為了描寫每點的電流情況，有必要引入一個矢量場——電流密度J，即面電流密度。每點的J的方向定義為該點的正電荷運動方向，J的大小則定義為過點並與J垂直的單位面積上的電流·。

基本介紹

• 中文名：電 流 密 度
• 外文名：( Current density)
• 量名：：矢量
• 簡介：：電路中某點電流強弱和流動方向
• 符號：：電流密度   J
• 單位：：安培每平方米，記作：A/㎡

簡述

有時，電流分布在導體表面的一個很薄的區域，將這樣的分布電流理想化為電流分布在無厚度的幾何表面內，並稱為面電流密度，記做Js，方向為正電荷運動的方向。

量子效率與電流密度的關係

單位及公式

單位：安培每平方米，記作A/㎡。 它在物理中一般用J表示。

公式：J=I/S

I和J都是描寫電流的物理量，I是標量，描寫一個面的電流情況，J是矢量場，描寫每點的電流情況，

電流密度時常可以近似為與電場成正比，以方程表達為

J=σE ；其中，E 是電場，J 是電流密度，σ是電導率，是電阻率的倒數。

歐姆定律：R（電阻=電壓/電流）

電阻公式闡明，一個均勻截面的物體的電阻與電阻率和導體長度成正比，與截面面積成反比。以方程表達

R=ρL/S ；其中，R 是電阻，L是物體長度，S是物體的截面面積，ρ是電阻率 。

根據歐姆定律，電壓 V等於電流 I乘以電阻：V=IR

所以，

V=I*ρL/S 。注意到在物體內，電場與電壓的關係為E=Z*V/L

鍍層厚度與電流密度的關係

其中，Z是電流方向。

所以，E=Z*ρI/S=ρJ

電導率為電阻率的倒數， σ=1/ρ 。電流密度與電場的關係為

J=σE 。

重要性

對於電力系統和電子系統的設計而言，電流密度是很重要的。電路的性能與電流量緊密相關，而電流密度又是由導體的物體尺寸決定。例如，隨著積體電路的尺寸越變越小，雖然較小的元件需要的電流也較小，為了要達到晶片內含的元件數量密度增高的目標，電流密度會趨向於增高。更詳盡細節，請參閱摩爾定律。

在高頻頻域，由於趨膚效應，傳導區域會更加局限於表面附近，因而促使電流密度增高。

電流密度過高會產生不理想後果。大多數電導體的電阻是有限的正值，會以熱能的形式消散功率。為了要避免電導體因過熱而被熔化或發生燃燒，並且防止絕緣材料遭到損壞，電流密度必須維持在過高值以下。假若電流密度過高，材料與材料之間的互連部分會開始移動，這現象稱為電遷移（electromigration）。在超導體里，過高的電流密度會產生很強的磁場，這會使得超導體自發地喪失超導性質。

對於電流密度所做的分析和觀察，可以用來探測固體內在的物理性質，包括金屬、半導體、絕緣體等等。在這科學領域，材料學家已經研究發展出一套非常詳盡的理論形式論，來解釋很多機要的實驗觀察。

安培力定律描述電流密度與磁場之間的關係。電流密度是安培力定律的一個重要參數。

在變壓器設計中，不同鐵心大小，不同溫升，不同的壓降要求，不同的散熱條件電流密度都會不同，不能認為多大的線徑允許多大的電流密度是一個定值,

電流強度和電流密度之間的關係

電流密度是一種度量，以向量的形式定義，其方向是單位面積相應截面的法向量，其大小是單位截面面積的電流。採用國際單位制，電流密度的單位是「安培/平方公尺」