7-电容和稳恒电流.ppt

* 一. 孤立导体的电容 单位： 孤立导体带电荷Q与其电势V的比值 电容:描述导体容电能力的物理量 12.2 电容 和电容器 (capacitor) 例 球形孤立导体的电容 地球 二. 电容器的电容 三.几种常见的电容器 1、平板电容器: d + + + + - - - - +Q -Q ε A B 定义： 为电容器的电容。 2、球形电容器: 两球壳间场强 两球面间的电势差为 孤立导体球的电容： 3、柱形电容器 (略，见书p42) 设单位长度带电量为 ?? 四. 电容器的串、并联 (见书p43) 1、串联： 2、并联： 串联后，电容变小，耐压增加。 并联后可增大电容。 闪电就是空气被击穿，而当固体电介质被击穿时，也会产生与闪电一样的树状图样。 12.3 传导电流 一、电流和电流强度 1、导体内产生电流的条件： （1）存在自由电荷 （2）存在电场 规定正电荷流动的方向为电流的方向。 2、传导电流与运流电流 传导电流:带电粒子在导体中的有规则运动形成。 运流电流:带电体（或带电粒子）作机械运动 （如平动、转动等）所形成。 3、电流强度——描述电流的强弱 4、电流强度与运动带电粒子的关系 vdt I S 粒子数密度为n 横截面 设各粒子电量均为q，速度均为 . 二、电流密度(current density) ? ? 对细导线用电流强度的概念就够了。对大块导体，还需用电流密度的概念来进一步描述电流的分布。 例如：电阻法探矿 I dI dS⊥ 1、电流密度 在导体中某点取一与电流方向⊥的面元dS⊥（其法线 与该点的 同向），则定义电流密度： 对任意曲面S ： dI θ 对任意小面元 2、电流密度和电流强度的积分关系 例:室温下，铜导线内自由电子数密度为 n = 8.5×1028 个/m3, 导线中电流密度的大小j = 2×106 A/m2，则电子定向漂移速率为： (A) 1.5×10-4 m/s． (B) 1.5×10-2 m/s． (C) 5.4×102 m/s． (D) 1.1×105 m/s． ［ ］ 三. 欧姆定律的微分形式 欧姆定律（Ohm?s law） 对一段均匀金属导体： ? ─ 电阻率 (resistivity)， 单位： 电导： (conductance) 单位： （西门子） ─ 电导率 (conductivity)， 单位： 电阻 (resistance) S R U L a b I Va Vb （U= Va-Vb ） 将欧姆定律用于大块导体中的一小段， — 欧姆定律微分形式 上式对非均匀导体，非稳恒电流也成立。 有： I j V dl dS 电流线 V +dV dU 已知：大地的γ ， 求：接地电阻 R 解： Va γ 大地 . a [例] h I r h a 。 导体球 （一般 R ? 10 -2 ?） 如图示， 为危险区半径 跨步电压 (Step Voltage) 以浅埋半球接地器为例 人体的安全电压U0≤40V 半球形接地器的危险区 四. 焦耳定律的微分形式 I R 热功率密度 热功率密度与电场强度的平方成正比。 12.4 电动势(electromotive force) 稳恒电场 一、非静电力 静电场中： 导体1 导体2 有瞬间电流 非稳恒电流 恒电流。电源就是能够提供这种非静电力的装置（能够不断地把其它形式的能量转变为电能）。 需要一种非静电力, 能将正电荷从低电势处送回 高电势处， 用以补偿静电力作用时高电势处正电荷 的耗损， 这样，电路中才能维持稳恒电场， 产生稳 V高 V低 有了电源后，稳恒电场的分布情况： + - 正电荷能沿回路环绕一周形成闭合电流就是由于非静电力( )的存在。 定义非静电场强： 二.电动势 定义：电源电动势ε，就是把单位正电荷从负极经电源内部移送到正极的过程中，非静电力的功。 即： (内) (内) 定量描述电源内非静电力作功的本领。 ?对静电力，由静电场环路定理： 对非静电力， ?电动势ε是标量。为方便起见，我们约定： 自负极经电源内部到正极的方向为电动势的方向。 ε + - 有些情况下，非静电场强存在于整个电流回路中，此时回路(L)中的总电动势为： 恒定电流的形成 1. 干电池和钮扣电池（化学电源） 电 源 干电池电动势1.5V，仅取决于 （糊状）化学材料，其大小决定储存的能量，化学反应不可逆。 钮扣电池电动势1.35V，用固体化学材料，化学反应不可逆。 干电池 钮扣电池 氢氧燃料电池示意图 2. 燃料电池（化学电源） 电池电动势1.23V。以氢、氧作