Rafstraumur

Rafstraumur, oftast aðeins straumur, er færsla rafhleðsla, yfirleitt óbundinna rafeinda í rafleiðara úr málmi, en einnig jóna í raflausn eða rafgasi, eða hola í hálfleiðara. SI-mælieining er amper. Rafstraumur er ýmist fastur, óbreyttur jafnstraumur, eða riðstraumur, þ.e. rafstraumur sem sveiflast reglulega með ákveðinni tíðni.

Samkvæmt lögmáli Amperes myndar rafstraumur segulsvið.

Skilgreining

Meðalrafstraumur I, sem fer gegnum tiltekinn flöt á tíma t er

${\displaystyle \ I={\frac {Q}{t}},}$

þar sem Q er rafhleðslan.

Ef ${\displaystyle t\rightarrow 0}$ fæst augnabliksstraumur

${\displaystyle i(t)={\frac {dQ}{dt}}}$

Rekhraði rafhleðsla

Í rafleiðara hliðrast s.n. hleðsluberar, oftast rafeindir, með hraða v, sem nefnist rekhraði. Skilgreina má rafstraum í leiðara með eftirfarandi jöfnu:

I = nAQv, þar sem

I er rafstraumur, n er fjöldi hleðslubera á rúmmálseiningu, A er flöturinn sem hleðslurnar fara gegnum, Q er rafhleðsla hleðsluberanna, v er rekhraði hleðsluberanna.

Rekhraði rafeinda í málmleiðara er af stærðargráðunni mm/s.

Rafstraumsþéttleiki

Skilgreina má rafstraumsþéttleika J, þ.a. J = nQv og rafstraum I = J A. Almennt, þá eru J og v vigrar og ef ρ = n Q er hleðsluþéttleiki þá er rafstraumsþéttleiki skilgreindur með J = ρ v.

Skilgreinum rafstraum I, sem fer um flötinn A, með eftirfarandi heildi af þverþætti rafstraumsþéttleika J:

${\displaystyle I=\iint _{A}\mathbf {J} \cdot \mathrm {d} \mathbf {A} .}$

Straumstefna

Óbundnnar rafeindir leiðara í föstu rafsviði (jafnstraumur) hliðrast frá bakskauti (-) að forskauti (+) leiðarans, en straumstefna er skilgreind í hina áttina, þ.e. frá forskauti að bakskauti. Í leiðara, sem ber riðstraum, verður engin nettó hliðrun á rafeindum.

Samband straums og spennu

Lögmál Ohms gefur samband rafstraums og -spennu í rafrás með því að skilgreina rafviðnám.

Straumlögmál

Straumlögmálið segir að summa allra rafstrauma í hnútpunkti rafrásar sé núll.

Samband rafstraums og segulsviðs: rafsegulsvið

Lögmál Amperes lýsir rafstraumi, sem ferilheildi segulsviðs umhverfis leiðarann, en lögmál Biot-Savarts lýsir segulsviðinu, sem myndast vegna rafstraums. Jöfnur Maxwells er kerfi jafna, sem lýsa rafsegulsviði.