Rafstraumur

Samkvæmt lögmáli Amperes myndar rafstraumur segulsvið.

Rafstraumur eða einfaldlega straumur er færsla rafhleðsla, oftast 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.

Skilgreining

Meðalrafstraumur I, sem fer gegnum svæði A á tíma t er

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

þar sem J er rafstraumsþéttleiki og Q er rafhleðslan, sem fer um S á tímanum t.

Ef $t\rightarrow 0$ fæst augnabliksstraumur

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

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:

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

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.