电流长什么样子？（电流是个什么概念）

 

所谓电流，是指电荷的定向移动电荷不是实物粒子，是粒子的属性带电的实物粒子有电子、质子、离子等所以要“看”电流长什么样子，实际上就是看一群“带电粒子”的以下信息：它们的数量.方向.速度.能量及变化；它们在运动过程中产生出来的电、磁、热效应；

看它们与其他物质之间的相互作用；它们自己相互之间的作用情况等固体、液体、气体、等离子体，导体、绝缘体、半导体，大气、大地、人体等地方都可以产生和流过电流题主提到真空，那就主要介绍下真空电流1、真空管中的电子束流。

上图显示了均匀磁场中沿圆形路径运动的细电子束实际上电子束是看不到的，图中的圆形蓝色辉光，是电子束撞击玻璃球泡中的氢气而产生的使电子束流形成圆形偏转的，是一对亥姆霍兹线圈所产生的均匀磁场这里的电流在真空中利用氢气“画了一个圆”。

2、显示管（CRT）中的电子束流

老式电视机就是使用“显像管”来显示图像的最左侧是阴极电子枪，在热作用下发射电子经加速系统（靠电场）、偏转系统（靠磁场），电子束（图中蓝色线）方向偏转，最终在阳极高压（15000V）的吸引下，电子束轰击屏幕上的某一处荧光粉，产生一个光亮点。

偏转系统让电子束从左往右一行一行扫描400多行算一帧，每秒循环扫描50帧，来显示动态图像由于显像管内真空度较高，所以肉眼看不到电子束可见，这里的电流是“出发后逐点扫描屏幕”。3、电子管内的电子束流

这是一种叫“真空束射四极管”的电子管的工作原理示意图电子束从阴极出发，经过栅极控制、帘栅极和集束屏整形后，在阳极高压的作用下，轰击到阳极（屏极）板上图中所示的虚线就是电子流，可见，其空间形状呈“片状”，并朝阳极方向扩散一定角度。

至于这类电子管的工作原理及实物图片，请参与hnsjc：电子管原理及束射四极管KT88结构研究可见，这里的电流是“分隔成片、并被栅极控制电流大小”4、磁控管磁控管大家可能不太清楚，但微波炉再也熟悉不过了，每家每户都有，磁控管就是微波炉的核心器件，用于产生微波。

下图是一个磁控管

下图是剖面图：

下图是内部结构示意图：

磁控管中间的阴极（亮黄色）加热时发射释放热电子，外围的阳极（古铜色）上开了8个圆形的腔上下端安放永磁体，产生轴向磁场在阳极电压作用下，电子原来是径向飞向阳极的由于垂直磁场的作用，导致电子以圆形路径向外盘旋，而不是直接移动到阳极，形成类似于纺车辐条的旋转图案。

当电子辐条路过空腔的开口时，它们会导致金属中的自由电子围绕空腔振荡，在腔体内产生谐振高频无线电场，就是微波原理有点复杂，理解不了正常据说二战时英国人开发了磁控管技术，用于增强雷达微波功率这项技术传到美国，美国的科学愣是没看懂。

磁控管内部也是真空，阴极发射的电流是“纺车辐条状旋转状”5、行波管行波管这种“真空电子器件”，估计好多人都没听到过但现代行波管是雷达、电子对抗、中继通信、卫星通信、电视直播卫星、 导航、 遥感、遥控、遥测等电子设备的核心器件，不可或缺。

行波管是一种高功率放大器，用于将微波信号放大到很宽的范围，可提供300 MHz 至 50 GHz的工作频率，输出功率在几瓦到几兆瓦的范围内。

简单讲讲原理：电子枪发射电子，聚集成束（中间3条蓝色线），经过一段较长距离的“慢波线”，最终到达右端的阳极收集螺旋线左端输入小信号射频，与电子束相互作用，电子束的能量在作用过程中交给射频，起到了放大作用。

所以电子束流在漂移过程中是快快慢慢的下图是另一种画法，结构都差不多。

下图是实物，如果你捡到一个，千万不要卖废品，这种货物很昂贵，要交给国家，可能是某个飞机上掉下来的。

所以，行波管的电流是“按照频率，快快慢慢地飘”。6、速调管大功率速调管用作超高频电视发射机、卫星通信、雷达发射机的输出管，并用于粒子加速器的驱动射频源。

工作原理与行波管差不多，电子束（红色）在飘移过程中，与腔信号（蓝色）交换能量，最终使用电子束前后速度不一样，形成一群一群的“束”，或者说“一堆一堆”，到右边腔时把能量交出去对右腔来说，来一堆电子，电场很强，电子漂过后的空档，电场很小，电场这样变化，就是放大了的微波信号了。

下图是美国斯坦福大学的国家加速器实验室（SLAC）的速调管走廊，大概有上百个，1英里多长目的是向“直线加速器”提供能量，把电子加速到99.9999999%光束，用以产生高能激光关于加速器，后面会提到

可见，速调管的电流是“漂成一堆又一堆”7、同步辐射光源真空电流的终极设施——粒子加速器！设施有圆环形和直线型2种，动辄几百米甚至上千米周长或长度粒子被加速到十分接近光束，每个电子能量高达1-8Gev，甚至更高。

这些设施，最早用于粒子科学实验，比如正负电子对撞，撞出一些新东西后来发现，高速电子转弯时会放出强烈的光线（从红外光到X光，都有），叫“同步辐射”，这些光是做各种材料、化学、生物实验的最理想光线了，这可让科学家们开心坏了，一股脑儿造了300多台大型“。

同步辐射光源”。2009年，我国在上海浦东张江园区造了一台，如下图，生意很好，去做实验都要排队的。

下图是法国ESFR同步辐射光源的结构示意图电子从电子枪发出后，先经中间那个小环中加速到3Gev后，再进入大环，并在大环以近似光束的速度，循环跑上一两天在奔跑的过程中，每一次转弯、每一次通过波荡器，都能发射出一批高能量的光线，用于实验。

如果电子跑了一天有部分损失，就再启动电子枪向环中补充一些

这里的电子束流，不是连续的，出发时就是“一团一团”的，上路以后，也需要一直保持这种形状每团的尺寸、前后2团之间的间隔都要算得很准不过由于沿路上要工作（转弯、振荡），所以形状会变坏（散开），所以得有许多大尺寸的磁铁系统对电子“束团”重新聚焦。

这些磁铁几百公斤都算小的，电流近100安培，线圈中心都是空的，用水泵灌入水流来冷却线圈不管是在小环中加速，还是在大环中加速（因能量损失会造成减速），都要使用前面介绍过的“速调管”来产生强功率微波，导入下图所示的“超导铌加速腔”来加速

电子束团。电子束团（红色纺锤形）经过加速腔时，被强电场“狠狠地推了一把”。

这些高速电子束团在经过波荡器时，被周期磁场“左摇右晃”，晃出了“准直向前、超高强度”的辐射光（红外、紫外、太赫兹、X光都有），应用最广泛的还是X光，这些光的亮度，比医院里的X光机要高出不少，大概是10亿倍吧。

同步辐射光源中的电流是“超高速，一团团，转弯扭动时发射光“8、自由电子X射线激光器上世纪60年代，第一台气体激光器诞生人们就想，能否制造一台X波段的激光器呢？但当时的技术做不出来直到1991年，理论上开始有突破，2005年，德国DESY诞生了第一台“自由电子激光器FLASH”。

它的原理与上面讲到的“同步辐射光源”类似，也是加速粒子到极高能量，再通过“波荡器”，产生想干激光，其结构原理如下图所示：

只是自由电子激光器不再使用电子存储环，而是采用几千米长的直线加速器，一口气把电子束团加速到6Gev，然后进入上百米长的波荡器。关于波荡器的原理，可参考：hnsjc：波荡器方程的推导。

电子被晃得头晕脑胀，硬生生把“束团”晃成了“束团片”，如上图中那个光亮束团右边处所示由于电子束跑得快，与产生的X光速度很接近，2人（电子和X光）在波荡器中齐头并进了100多米（说齐头并进不妥当，电子还是要慢一些），这就造成了相干效果，其结果是：电子束团被切成片，X光相干后形成激光。

自由电子激光器中的电流是“超高速，先团团，再片片，扭摆干涉出激光”这种自由电子激光器产生的X激光比同步辐射光源更加厉害！我国目前好像还没有，但接下来大连可能要投建X激光诞生以后，美国牛哄哄地吵着嚷着要造“X激光”武器，这对军方太有吸引力了：当有导弹、飞机、子弹来袭时，只消一束高能X激光，对方瞬间灰飞烟灭，导弹再快，谁能快得过光束呢！。

真空电子器件还有一大堆，内部的真空电流也各式各样想想真是神奇，竟然能利用不同的电流形式、及各种相互作用，发明出这么多的器件，应用这么广泛如果哪天你有个奇思妙想，不妨也试试！下面，再给出非真空电流的一些图像：。

1、金属导体中的电流

金属中的电子，人们称为“电子海”“电子气”，在金属中是自由的。形成电流后，大部分会沿原子实形成的“势场”作类似波浪形的前进，少部分受热运动或原子振动等因素产生碰撞，造成电流阻力。2、原子内部电子运动

电子在运动，也是电流，是原子内部的微电流电子还有自转，也能产生电流效应经典图像是“行星模型”电子像卫星，围绕原子核飞，速度大概是0.1倍光速量子图像是“电子云”电子在哪出现说不清，得讲概率出现概率高的地方画得亮一点，否则暗一点，形成了下图的效果。

下图是氢原子中不同量子态下的电子云，括号中的数字代表了的是量子数

一个氢原子，也就一个电子，也可以搞这么复杂的形态。这些理论都是量子力学计算出来的，物理学真的伟大，人类真的厉害！希望我们中国多出一些顶尖科学家。