电流是由带电粒子在导体中运动引起的,而导体中带电粒子的移动可以归结为材料内部电荷分布的差异。材料内部存在自由电子和正电荷离子,自由电子带有负电荷,在材料内部不断地运动碰撞,被外加电势场作用后就会有方向的运动。当导体两端接通外电源,电子就会向正极运动,形成电流。
这种差异电荷分布的产生,与材料的物理特性密切相关。不同的导体材料内部电荷分布不同,其在外电场下运动的方式也不同,因此材料导电性的差异会引起电流的大小和方向的不同。
材料内部的电荷分布差异只能产生微弱的电流,要想得到较大的电流,就需要外电场的作用。当外电场(如电源)作用于导体时,电场力会对导体内的电荷施加作用力,使电荷发生移动,从而形成电流。
此时,电场的强度、导体材料的电阻和形状、导体两端连接方式等都会对电流的大小和方向产生影响。例如,当电阻增加,电流就会减小,当导体长度增加,电流也会减小。
导体的温度对电流也有很大的影响。导体温度升高会加速自由电子的碰撞,减少电子的平均自由时间和速度,同时导体材料的电阻会随之增加,从而降低电流的流动。
因此,在一些高电流密度的场合,需要采用冷却措施,来控制导体温度,保证电流的正常流动。例如,在高电功率设备中,通常需要采用风扇或水冷等方式降温。
产生电流的另一个重要原因是电磁感应。当磁场发生变化时,就会产生电场,引起电子的运动,最终形成电流。
例如,当导体放置在变化的磁场中时,磁场的变化会产生感应电动势,从而导致电荷发生移动,形成电流。
电磁感应电流是许多电器设备的基础,如变压器、电动机等。可以说,电磁感应是现代工业及电子技术的基础之一。