中山医学院医用物理学第七篇《电流与电路》.ppt

第七章 电流与电路 7-1 电流密度 7-2 电路的基本定律 7-3 电容器的充放电 7-5 电流对人体的作用 7-1 电流密度 一、电流 电流密度 1．电流 (1) 载流子 及其 漂移速度 (2) 产生电流的必要条件 ①内因:导体中有可自由移动的电荷, ②外因:导体两端有电势差(即导体中有电场) (3) 电流的定义 单位时间内通过导体某一横截面的电量 方向:正电荷流动方向 或 负电荷流动反方向 ① 恒定电流 ② 瞬时电流 2．电流密度 (1) 容积导体中的电流分布 (2) 电流密度 J 方向:该点的电场方向 大小:通过垂直于电流方向单位面积的电流强度 平均电流密度 ?Q = Zen ?l ?S 电流密度 多种载流子：Jtotal＝? J 例题 7-1 直径d=1mm银导线, ?t =1h15min, Q=2.61×104C，n=5.8×1028/m3 求：① 导线上的电流强度； ②导线中电子的漂移速度。 解：① 已知Q=2.61×104C, ?t=1h15min=4.5×103s， I = 5.8A ② 银导线中的载流子是自由电子，价数Z=1 金属中自由电子的平均热运动速度约为105m·s-1， 电场在导体中传播的速度，约等于光速。 二、欧姆定律的微分形式 1. 欧姆定律和电阻定律 欧姆定律 电阻定律 ?t=?0(1+?t) 2. 欧姆定律的微分形式 ?I = J ?S ? = 1/ ? G =1/R 通过导体中任一点的电流密度J等于该点场强E与导体的电导率? 的乘积。 三、电解质的导电 稳恒条件下， K+, K-表示正负离子的摩擦系数， ?+, ?-表示正负离子的迁移率， 四、电泳 悬浮或溶解在电解质溶液中的带电微粒在外加电场作用下迁移的现象 7-2 电路的基本定律 一、含源电路的欧姆定律 全电路欧姆定律：两个给定点之间的电势差等于两点之间的各个分段的电势增量之和。 I=? /(R+R内) Uca=Uc-Ua=? Ubc=-IR内 Uab=-IR acba: Uca+Ubc+Uab= ? - IR内 -IR Uba=Ubc+Uca=-IR内+? = 0 在闭合电路中沿闭合回路环绕一周时，各分段电势增量的代数和等于零。 实际计算中，电流的方向和绕行方向是任意选定的，并规定，电势升高者为“+”，电势降低者为“-”。具体按以下规则确定电势增量的正负： ① 当电阻R中电流 I 的方向与选定的绕行方向相反时，电势增量为+IR，相同时为-IR； ② 如果电动势? 从负极到正极的方向与选定的绕行方向相同(即绕行方向从负极进入电动势 ? )，则电势增量为+?，相反时电势增量为-?。 3V 1? 9? (1) acba: I= ? /(R+R内) = 0.3A (2) acba: I= -? /(R+R内) = - 0.3A (3) abca I= -? /(R+R内) = - 0.3A ? - IR内 –IR=0 ? + IR内 +IR=0 -IR - IR内 - ? =0 -?1-IR内1-IR1-IR2-IR内2+?2 = 0 图7-8：含两个电源的闭合电路 当 ?2?1，I 0, 与假设方向相同 当 ?2?1，I 0, 与假设方向相反 = ?3-I2R内3-I2R2-?2-I2R内2+?1+I1R内1+I1R1 = ?? +?IR = (?1 -?2 +?3)+(I1R1 +I1R内1 -I2R2 -I2R内2 -I2R内3) 一段非闭合的含源电路，如果求A—B之间的电势差UAB，则应按B点到A点的绕行方向计算电势增量。 图7-9： UAB = UA-UB —— 一段含源电路 的欧姆定律 例题7-2 ?1=2.0V, ?2=4.0V, R内1=1.0?, R内2=2.0?, R1=3.0?, R2=2.0? 求：(1) I , (2) Uad , (3) Uab 。 解： -?1-IR内1-IR1-IR2-IR内2+?2=0 I=0.25A (1) (2) Uad=Ua-Ud= ?1+IR内1=2.0V+0.25A×1.0 ? = 2.25V (3) Uab=Ua-Ub= ?2-IR内2= 4.0V -0.25A×2.0 ? = 3.5V I: Uac= Ua-Uc= IR1+?1+IR内1 = Uad+Udc= 2.25V+0.25A×3.0? = 3.0V II: Uac = Ua-Uc= -I