看白癜风到中科白癜风医院 http://yyk.39.net/bj/zhuanke/89ac7.html从第1.2.10节开始，介绍了电介质在外电场作用下的极化现象及与之相关的电极化强度、电位移等概念，接下来研究电介质内部在外电场作用下还可能发生的另一种现象。如果电介质内部本来就存在一些能够自由移动的电荷，例如金属中的自由电子或电解质溶液中的各种带电离子，在外部电场作用下，这些自由电荷必然会受到电场力而在电介质内部产生群体性的定向运动，这一现象称为电介质中自由电荷的漂移运动。需要注意的是，这个群体性的定向运动是叠加在热运动上的，并不是说有了外部电场的作用，电介质内部的自由电荷就步调一致地沿着电场力的方向运动。另一方面，虽然持续的外电场会向电介质内部的自由电荷持续施加电场力，但这些自由电荷的运动不可能无限地加速。这是因为电介质内部总是有阻碍自由电荷持续加速的微观过程，例如金属中的自由电子在运动过程中不可避免要与原子核相互作用，电解质溶液中的离子也会与各种中性分子相互作用。这些微观过程都会使得自由电荷失去能量而降低运动速度。这就说明，在电介质中无论是研究大量自由电荷在给定的外电场下的群体性定向运动，还是研究单个自由电荷在给定的外电场下的整个运动情况，都不难得出结论：电介质中的自由电荷在恒定的外电场作用下，存在一个统计意义上的平均运动速度。这一统计意义上自由电荷在外电场作用下运动的平均速度称为漂移速度
，显然
是使自由电荷加速的外电场与电介质中使自由电荷减速的各种微观过程相抗衡的结果，因此
既与外电场
有关，也与电介质本身有关。为定量描述这个过程，先考虑最简单的情形：参与定向运动的带电质点（特意换用带电质点概念是为了强调不同的自由电荷会有电荷量和质量的区别）只有一种（金属一般都满足这一条件，它的带电质点就是自由电子，但电解质溶液一般不满足这一条件），在空间中
处取面元
（写成面元矢量的形式，
），在
处附近的电介质中含有数密度（定义为单位体积内的该种带电质点的数量）为
的带电质点，单个带电质点携带电荷量
，在外电场
作用下具有漂移速度
。在
时间内，分布在
的柱形空间中的全部带电质点都穿过了面元
，这些带电质点的总电荷量为
。这一电荷量既与电介质本身有关也与面元
的选取有关，但自由电荷在电介质中的漂移运动本身与面元的选择无关，为了消除不同的
的影响，定义
为传导电流密度矢量，其数值等于由于电荷漂移运动引起的，单位时间内通过空间中垂直于运动方向上单位面积处的电荷量，其方向定义为漂移运动的方向。定义中的
在这种情况下显然等于电介质在此处的自由电荷体密度
。如果电介质中有多种自由带电质点，则仍然可以沿用上述方法分别对每一种带电质点进行讨论然后取和，所得结论在物理意义上并无区别。如果分别对电介质中的正、负自由电荷在外电场下的漂移运动进行讨论，由于正电荷所受电场力的方向与外电场方向相同，而负电荷则相反，因此（在统计意义上）正电荷的漂移运动方向与外电场方向相同，负电荷的漂移运动方向则与外电场方向相反。按上式那样的定义进行定量分析时，对于正电荷的漂移运动，
与
方向相同，对于负电荷应当将电荷的负号代入则
与
方向相反才符合实际发生的情况。事实上在电介质中还存在别的机制可以引起自由电荷的定向运动，例如自由电荷分布由不均匀趋于均匀的扩散过程，这样的现象称为扩散电流，相应地也有扩散电流密度的概念，在半导体物理学中需要严格区分传导电流和扩散电流，这里就暂不展开了。推广传导电流密度的定义，定义电流密度矢量
，其数值为单位时间内通过空间中垂直于自由电荷运动方向上单位面积处的电荷量，其方向定义为自由电荷运动的方向。这里要考虑正负电荷具体的运动方式：只有正电荷参与运动时，以正电荷运动的方向为
的方向；只有负电荷参与运动时，以负电荷运动的方向为
的反方向；如果正、负电荷都参与运动，还需要考虑这时正、负电荷各自的运动方向是相同还是相反从而对“通过单位面积的电荷量”造成的影响。这里对电流密度矢量的方向的定义是人为约定的，历史上正是富兰克林首先规定了以正电荷运动的方向为电流的正方向。考虑在
时刻，电介质内部
处附近的自由电荷体密度为
，这些电荷的定向运动速度为
，取垂直于定向运动速度方向的面元
，在
时刻共有体积元
内包含的电荷全部穿过面元
运动到
处，相当于电荷
全部穿过面元
，因此电流密度矢量为：
按定义显然这个物理量只
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