电流密度矢量是描述
电路中某点电流强弱和流动方向的
物理量。其大小等于单位时间内通过某一单位面积的电量,方向向量为单位面积相应截面的
法向量,指向由
正电荷通过此截面的指向确定。因为导线中不同点上与电流方向垂直的单位面积上流过的电流不同,为了描写每点的电流情况,有必要引入一个
矢量场——电流密度J,即面电流密度。每点的J的方向定义为该点的正电荷运动方向,J的大小则定义为过点并与J垂直的单位面积上的
电流·。
对于电力系统和电子系统的设计而言,电流密度是很重要的。电路的性能与电流量紧密相关,而电流密度又是由导体的物体尺寸决定。例如,随着集成电路的尺寸越变越小,虽然较小的元件需要的电流也较小,为了要达到芯片内含的元件数量密度增高的目标,电流密度会趋向于增高。更详尽细节,请参阅
摩尔定律。
在高频频域,由于
趋肤效应,传导区域会更加局限于表面附近,因而促使电流密度增高。
电流密度过高会产生不理想后果。大多数电导体的电阻是有限的正值,会以热能的形式消散功率。为了要避免电导体因过热而被熔化或发生燃烧,并且防止绝缘材料遭到损坏,电流密度必须维持在过高值以下。假若电流密度过高,材料与材料之间的互连部分会开始移动,这现象称为
电迁移(electromigration)。在
超导体里,过高的电流密度会产生很强的
磁场,这会使得超导体自发地丧失超导性质。
对于电流密度所做的分析和观察,可以用来探测固体内在的物理性质,包括金属、半导体、绝缘体等等。在这科学领域,材料学家已经研究发展出一套非常详尽的理论形式论,来解释很多机要的实验观察。
安培力定律描述电流密度与磁场之间的关系。电流密度是安培力定律的一个重要参数。
在变压器设计中,不同铁心大小,不同
温升,不同的压降要求,不同的散热条件电流密度都会不同,不能认为多大的线径允许多大的电流密度是一个定值,