3.1 恒定电流.ppt

第三章 电磁感应 恒定电流 法拉第定律 动生电动势和感生电动势 磁矢势与磁场中带电粒子的动量 互感与自感 电流的连续性方程和恒定条件 p251 电流：电荷的定向运动形成电流 电流强度：单位时间内通过导体任一横截面的电量 电流密度矢量 j 单位时间内通过垂直于电流方向的单位面积的电量 电流的连续性方程 根据电荷守恒，对于任意闭合面，有 欧姆定律 p253 恒定电场和静电场一样 ，满足环路定理 ； 关于电阻率和电导率的讨论 电阻率和电导率由导体本身的性质所决定 导体材料种类繁多，性质千变万化，因而电阻率与电导率也因材料的不同而各不相同（与?、? 相似） 各向同性介质 ?、?为标量 均匀材料内部， ?、?是常数 非均匀材料，其内部各处的?、?可以不同 各向异性介质?、?为张量。 电阻率与导体的性质与温度有关 欧姆定律微分形式 上式给出了j与E的点点对应关系 更适用于表征性质各异的导体材料的特征 适用范围比积分形式大 线性与非线性导电规律 p308 伏安特性曲线 实验表明，欧姆定律适用于金属和电解液，它们的电阻是常量 焦耳定律——电流热效应 电功率 ：电场在单位时间内所做的功 焦耳定律的微分形式 热功率密度 ：单位体积内的热功率 金属导电的经典电子论 p305 有关金属的第一个理论模型 1900年特鲁德（PaulDrude）提出 把气体分子运动论用于金属，提出了经典的金属自由电子气体模型 金属自由电子气体模型 晶格（离子实）变化可以忽略 价电子，可以脱出成为独立、自由的电子 金属自由电子气体模型假定 除了电子与晶格碰撞一瞬间以外，忽略电子与晶格之间的相互作用，即“自由电子近似” 忽略电子与电子之间的相互作用，即所谓的“独立电子近似” 电子与离子实的碰撞是随机的瞬间事件，碰撞会突然改变电子速度（包括大小和方向），在相继两次碰撞间，电子作直线运动，遵从牛顿定律；同时碰撞还会使电子达到热平衡，碰撞后的电子速度方向是随机的 金属中自由电子的运动和单原子的理想气体非常相似。 金属中自由电子作无规则热运动 其平均速率为v~105m/s， 电子在各个方向运动的机会均等 因此无规热运动速度的矢量和为零。 自由电子的运动相当复杂 固有的不规则运动外 因电场的作用，将获得与场强方向相反的加速度,并做有规则的定向运动——u 而电子与晶格碰撞又不断破坏定向运动—— v 推导 ：p306 质量为m，所带电量为-e自由电子受恒定电场作用而获得定向加速度a 电流密度 j 电子数密度 n 的关系 自由电子数密度：n； 电子电量的绝对值：e； 设所有电子均以同一定向运动速度u运动 则?t时间内，通过导体内任一面元迁移的电量为?q 电导率?与电子?、v、n的微观平均量相联系，是微观平均量的宏观体现； 从经典电子论的观点看电导率和电阻率确实与温度有关，温度升高，电阻率增大，电导率减小 例题 设铜导线中的电流密度为2.4 A/mm2 ,铜的自由电子数密度 ，求自由电子的漂移速度 问题 静电场的性质能否推广到稳恒电场？ 电流场中电流线闭合和静电场中电力线不闭合是否矛盾？ * * 单位： 安培，简称安，用A表示 较小的电流强度单位即毫安（mA）、微安（μA），它们与安培的换算关系是 通过导体中任意截面S的电流强度与电流密度矢量的关系为 电流密度矢量j的分布构成一个矢量场——电流场 任何一点电流密度的散度等于该点电荷体密度的减少 恒定条件 电流线连续性地穿过闭合曲面所包围的体积，不能在任何地方中断，永远是闭合曲线。 恒定电场：与恒定电流相联系的场 电荷分布不随时间变化 j的通量 面内电量的减少 欧姆定律 积分形式 可以引进电势差（电压）的概念 电阻率和电导率 均匀导体电阻 非均匀导体 导体的电阻率 电导 电导率 近似（t变化不大） 标量，场强E的方向和电流密度矢量j的方向处处一致 ? 线性元件：伏安特性曲线是一条通过原点的直线 否则为非线性元件 a.晶体二极管 b.真空二极管 非线性元件的伏安特性 图2 各种压敏电阻的伏安特性曲线 1．齐纳二极管；2.SiC压敏电阻； 3. 釉-ZnO压敏电阻 4. 线性电阻 5. ZnO压敏电阻 压敏电阻 :对电压变化敏感的半导体陶瓷在某一临界电压以下电阻值非常高，几乎没有电流，但当超过这临界电压时，电阻将急剧变化，并且有电流通过。 随着电压少许增加，电流会很快增大，主要用于灭火花、过电保护、避雷、电压稳定化等。 热功率 ：单位时间内电流通过导体