[科普中国]-电流密度

简述

有时，电流分布在导体表面的一个很薄的区域，将这样的分布电流理想化为电流分布在无厚度的几何表面内，并称为面电流密度，1记做Js，方向为正电荷运动的方向。

单位及公式单位：安培每平方米，记作A/㎡。 它在物理中一般用J表示。

公式：J=I/S

I和J都是描写电流的物理量，I是标量，描写一个面的电流情况，J是矢量场，描写每点的电流情况，

电流密度时常可以近似为与电场成正比，以方程表达为

J=σE ；其中，E 是电场，J 是电流密度，σ是电导率，是电阻率的倒数。

欧姆定律：R（电阻=电压/电流）

电阻公式阐明，一个均匀截面的物体的电阻与电阻率和导体长度成正比，与截面面积成反比。以方程表达

R=ρL/S ；其中，R 是电阻，L是物体长度，S是物体的截面面积，ρ是电阻率 。

根据欧姆定律，电压 V等于电流 I乘以电阻：V=IR

所以，

V=I*ρL/S 。注意到在物体内，电场与电压的关系为E=Z*V/L

其中，Z是电流方向。

所以，E=Z*ρI/S=ρJ

电导率为电阻率的倒数， σ=1/ρ 。电流密度与电场的关系为

J=σE 。

重要性对于电力系统和电子系统的设计而言，电流密度是很重要的。电路的性能与电流量紧密相关，而电流密度又是由导体的物体尺寸决定。例如，随着集成电路的尺寸越变越小，虽然较小的元件需要的电流也较小，为了要达到芯片内含的元件数量密度增高的目标，电流密度会趋向于增高。更详尽细节，请参阅摩尔定律。

在高频频域，由于趋肤效应，传导区域会更加局限于表面附近，因而促使电流密度增高。

电流密度过高会产生不理想后果。大多数电导体的电阻是有限的正值，会以热能的形式消散功率。为了要避免电导体因过热而被熔化或发生燃烧，并且防止绝缘材料遭到损坏，电流密度必须维持在过高值以下。假若电流密度过高，材料与材料之间的互连部分会开始移动，这现象称为电迁移（electromigration）。在超导体里，过高的电流密度会产生很强的磁场，这会使得超导体自发地丧失超导性质。

对于电流密度所做的分析和观察，可以用来探测固体内在的物理性质，包括金属、半导体、绝缘体等等。在这科学领域，材料学家已经研究发展出一套非常详尽的理论形式论，来解释很多机要的实验观察。

安培力定律描述电流密度与磁场之间的关系。电流密度是安培力定律的一个重要参数。

在变压器设计中，不同铁心大小，不同温升，不同的压降要求，不同的散热条件电流密度都会不同，不能认为多大的线径允许多大的电流密度是一个定值,

电流强度和电流密度之间的关系

电流密度是一种度量，以向量的形式定义，其方向是单位面积相应截面的法向量，其大小是单位截面面积的电流。采用国际单位制，电流密度的单位是「安培/平方公尺」