假使一個帶電荷量為 q 的粒子在電場 中從 A 點移動到 B 點,此電場力所做的『功』 與電荷量 q 的『比值』,稱之為 AB 兩點間的『電位差』,可用 定義。『電位差』在『電磁學』裡也可以用電場 表示為︰
。因此所謂的『一伏特』One Volt 的定義就是對『一庫侖』的電荷做了『一焦耳』的功。
如果我們從『巨觀現象』的角度,來看『德汝德模型』,通常一個『截面均勻』的導體之『電阻』或『電阻率』和導體『長度』成正比,與其『截面積』成反比。這可以用關係式表達為 ,此處, R 是電阻, 是長度, A 是截面積, 是電阻率。假使根據『歐姆定律』,電壓 V 等於電流 I 乘上電阻:。所以,
。由於在均勻導體內,『電場』與『電壓』的關係為
;
式中,是電流方向。因此,
。
因為『電導率』是『電阻率』的倒數,。於是『電流密度』與『電場』的關係為
。將它與『微觀』推導方程式作比較,就可以得到
。
因此只要知道導體的『電導率』或者『電阻率』,我們能夠計算『弛豫時間』 的大小,舉例來說『鈉』在 20 °C時的『電阻率』是 歐姆‧米,於是它的『弛豫時間』是
秒。這說明了我們很難觀測到『暫態』的現象,一般金屬『導體』幾乎是『瞬間』就達到了『穩態』!!
這樣什麼又是『電流』的呢?從『微觀』上來說,如果一條『導線』在『一秒鐘』內,對於任何的『截面』上,通過了相當於『一庫侖』的『電荷量』所指稱之 這麼多個『電子』的數量,我們就將此『電流』定義為是『一安培』。由是對於一個『穩定』的『電流』來講,這條導線上流經之『電流』 I 就可以用下式來計算:
此處, 是那個時距所通過的『電荷量』, 則是它所花費的『時距』。
那麼為什麼金屬『導體』它可以傳導這麼大的『電流量』的呢??這就是因為『金屬』的『電子密度』非常高的原故。假使我們用『銅線』的『美國線規』 AWG American wire gauge 來講,『十四號』線材的『直徑』為一點六二八公釐,即使它祇是一公釐長的銅線,每個銅原子也祇貢獻一個『自由電子』,其中尚且含有 個電子,相當於五十六『庫倫』的『電荷量』,無怪乎就算是那麼小的『漂移速度』,依然是可以負載這麼大的『電流』量的啊!!
雖然在日常生活中人們對『力』 force 的『現象』並不陌生,然而物理上『力』的『概念』又是什麼的呢?一八四九年,『法拉第』提出了『場』 Field 的概念,因此『超距作用』的想法逐漸的被取代了。所謂的『場』是一個以『時空』為變數之『物理量』,延伸於整個空間,目前所知到的『場』只要是在『夠遠距離』之外,都會小至『無法量測』的程度。或許也可以說『場』佔有『空間』、含有『能量』與『動量』,正由於『場』的存在,排除了完全的『真空』,換句話說『場』形成了一種『空間的狀態』。舉例而言當一個『電荷』突然被『加速』時,對於『鄰近』的『電荷』並不會『立即』的產生『作用』,那個『電荷』會先感受到『反作用力』,然後發生『動量』變化,這個『影響』將以『光速』傳播,直到『電磁波』抵達另一個『較遠』的『電荷』那個位置的時候,它才會感受到這個『電磁場』的作用。這樣我們是否就足以用『場』的概念來說明『電流』到底是如何在『導線』中『流動』的呢?就像一小時不過一米的典型的『漂移速度』,果真就能讓我們『一開燈,燈就亮了』的嗎??
─── 待續……