电流是怎么形成的（解析电流在微观界中的表述

　　摘要：电流是电荷在导体中定向移动后产生的，它的方向跟电场中正电荷移动的方向相同，跟负电荷移动的方向方向，也就是说，在闭合回路中，电流的方向总是由高电势点流向低电势点的。既然电流的方向跟电荷的移动有关，那么电流的大小跟电荷又有什么关系呢？

　　电对于每个人来说并不陌生，自从特斯拉发明了交流电后，电就被人类所利用与开发，然而，在特斯拉之前，依然有很多人对电进行过深入的研究。

　　现在人类所用到的电源，一般分为直流电与交流电，但是，不管是直流电还是交流电，在表述电的强度时，人们都要考虑到电流这个物理量。今天，我们就来聊聊电流吧！

　　电流是电荷在导体中定向移动后产生的，它的方向跟电场中正电荷移动的方向相同，跟负电荷移动的方向方向，也就是说，在闭合回路中，电流的方向总是由高电势点流向低电势点的。

　　既然电流的方向跟电荷的移动有关，那么电流的大小跟电荷又有什么关系呢？

　　根据前人的不断研究与总结，他们发现了电流与电荷量有着成正比的关系。

　　即给一段金属导体通电后，通过导体横截面积的电荷量与通过这些电荷量所用的时间的比值称为电流，用数学表达式为I=Q/t。

　　其中I为电流的符号，Q为电荷量的符号，t为时间的符号，电流的国际单位是安培，符号A。

　　也许有人会问，既然电流是由电荷的定向移动所产生的，那为什么电灯泡接通电源后会被瞬间点亮呢？

　　如果连接电灯泡的导体长度足够短，那么电灯泡被瞬间点亮的这一现象可能大家还能接受。

　　但是，如果连接电灯泡的导体足够长，电荷在导体中运动的时间也会相应增长（这只是人们的认为罢了），那么在接通电源的一瞬间，电灯泡为什么还是会被瞬间点亮呢？

　　这是因为在金属导体中存在着大量的自由移动电子，导体在没有通电之前，这些自由电子在做没有规则的热运动，这时金属中就不可能形成电流了。

　　如果给金属导体通上电源后，电源会在金属导体内瞬间建立起电场，这个速度几乎与光速相等。

　　在导体中瞬间建立起来的电场会使金属中的自由电子发生定向移动。

　　由于金属的前段和后端都有自由移动的电子，在给金属导体通电的一瞬间，整个金属内的自由电子的移动可以视为电子束，故而就在瞬间产生了电流。

　　所以，给金属导体通电后，切勿片面的理解为一个一个的电子从金属电势高的地方定向移动到电势低的地方后才形成电流的。

　　当然，这一现象在恒电阻中更为解释得通。

　　在研究恒电阻导体的过程中，导体中的电流既不会凭空的产生，也不会凭空的消失，当给金属导体加一个电压后，金属导体中才会有电流流过。

　　因此，另一个物理学家通过研究恒电阻电流的过程中，提出了恒电阻电流与电压的关系。

　　即在恒电阻中，通过导体的电流与加在导体两端的电压成正比，用数学表达式为I=U/R。

　　这个定律被称为欧姆定律，它不仅适用于恒电阻的电流中，同时也适用于电解液中电流与电压的关系表述中。

　　但对于半导体，欧姆定律就有它的局限性。因此，为了计算出半导体中电流的大小，于是就将宏观的电流表达式转化成了微观的电流表达式了。

　　设导体的横截面积为S，导体内每单位体积的自由电子数为n。

　　自由电子在电场作用下其定向移动的速率为V，每个自由电子所带的电荷量为q，那么单位时间t内通过导体横截面的电流为多大呢？

　　首先，得算出单位时间内通过导体横截面的总电荷量Q值，根据上面的描述，总电荷量Q=nSqVt。

　　在此时中，Vt为电子移动的位移，所以VtnS为一道电子束中所有电子的总和，再用VtnS乘以q就可以得到一道电子束中电荷量的大小，所以总的电荷量Q=nSqVt。

　　然后根据电流I=Q/t可得，I=nSqVt/t，消掉左边式子中的时间t，就可以算出I=nSqV了，这个公式就是电流的微观表述形式，同时也是电流的决定式。