第十章-直流电.ppt

三???电容器的充电和放电 当一个含有电容C的电路与电源接通或断开时，在由0突变到ε或由ε突变到0的阶跃电压的作用下，由于电容C的存在，电路的电流或电压不会瞬间突变，而要经历一个从开始发生变化到逐渐趋于稳态的过程，这种过程称为暂态过程。暂态过程一般很短，但在这个过程中出现的现象却十分重要。 。 稳态过程与暂态过程的转换是由电容器的充、放电来完成的，主要是利用电容器储存电荷的本领。 。 RC电路：仅由电阻R和电容C组成的电路，它是最常见的脉冲电路。 ㈠ RC电路的充电过程 当开关k扳到1时，电容器处于充电过程中，充电电流i，电容器两端的电压Uc和电容器极板上的电荷q都是随时间变化的。 t=0时：i最大 q=0 Uc =0 当充电达到一定程度时电容器：i=0 q、Uc最大 在充电过程中，由基尔霍夫定律可知： 代入上式，得 而 上式为充电过程中电容器两端电压所满足的微分方程式。 对上述微分方程求解： 积分结果得： 当 t = 0 时，Uc = 0，则　A =lnε； 代入上式得： 上式为微分方程的通解。式中Ａ为积分常数，可根据充电时的初始条件求出。 * 第七章 直流电 伽伐尼 （1737 - 1798 年）意大利医生和动物学家。 1786年，伽伐尼在实验室解剖青蛙，把剥了皮的蛙腿，用刀尖碰蛙腿上外露的神经时，蛙腿剧烈地痉挛，同时出现电火花。经过反复实验，他认为痉挛起因于动物体上本来就存在的电，他把这种电叫做“动物电”。 伏打（1745 -1827）意大利物理学家，巴黎科学院国外院士。 伏打在伽伐尼实险的基础上，致力研究两种不同金属的接触。发现两种不同金属接触时会发生电流效应，而且发现当金属浸入某些液体时，也会有同样的效应。从而发明了伏打电堆，既伏打电池。 静电场中的导体处于静电平衡时，其内部的场强为零，内部没有电荷作定向的宏观运动。 如果把导体接在电源的两极上，则导体内任意两点之间将产生电势差，在导体内存在一个电场，导体内的电荷在电场力的作用下作宏观的定向运动，形成电流。 U v 电源有两种，直流电源和交流电源。 电流的方向和大小都不随时间变化的称直流电； 而电流的方向和大小随时间变化的称交流电。 本章将讨论直流电的基本规律，复杂电路的计算方法和电容器的充放电过程等。 一???电流密度 ㈠ 电流强度和电流密度 ① 形成电流的条件 在导体内有可以自由移动的电荷（载流子）。 在半导体中是电子或空穴；在金属中是自由电子；在电解质溶液中是正、负离子。 在导体内要维持一个电场，或者说在导体两端要存在有电势差。 ② 电流的方向 S I 正电荷移动的方向定义为电流的方向 电流的方向与自由电子移动的方向是相反的。 ⑴ 电 流 ⑵ 电流强度 电流强度用来描述电流的大小的物理量。 定义：单位时间内通过导体截面的电量 瞬时电流：电流的大小随时间而变化的电流，表示为 稳恒电流：导体中电流强度的大小和方向不随时间而变化的电流。 它是国际单位中的基本量 其他常用单位：mA (毫安),?A(微安). 电流强度是标量，单位：C/s(库仑/秒),A(安培) 1A=103mA=106?A(微安) 电流强度I 只能反映导线截面的整体电流特征，对电荷流动的描述比较粗糙：如对横截面不等的导体，I 不能反映不同截面处及同一截面不同位置处电流流动的情况。 半球形接地电极附近的电流分布 电疗时电流通过下肢的情况 电解质内两个点电极之间的电流分布 为此，需要引入新的物理量——电流密度来描述导体中各点电流的分布。 I ＋ － ⑶ 电流密度 E I dI ds 电流密度矢量的方向与该点的场强方向一致, 它的大小为垂直通过单位截面积的电流强度。 导体内任意选取一面元ΔS，其法向与电场同向，通过ΔS的电流为ΔI。 电流密度大小表示为： 电流密度的单位: A?m－2 (安培/米2). I 与 的关系 通过dS 的电流为 通过任意截面S 的电流为 设导体中只存在一种载流子，且载流子为正电荷，以n表示导体中单位体积内的载流子数目，Ｚ表示载流子的价数，υ表示载流子在电场力作用下的平均漂移速度，则在Δt 时间内，通过ΔS的电量为ΔQ = Zen·υΔt·ΔS 或ΔI=ΔQ/Δt=Zen·υ·ΔS，将ΔI代入上式得： 其矢量式为 试中ρe=Zen，表示导体中自由电荷的体密度 ㈡ 金属与电解质的导电性 ① 金属的导电性 金属导体中的载流子是自由电子。 金属导电就是金属中的自由电子沿逆着电场方向的定向移动。 在金属导体中取微小横截面积S，设自由电子密度为n，在此时间内通过S 的电荷量?q应为柱体内电