普通物理第八章稳恒电流.ppt

普通物理第八章稳恒电流8.1稳恒电流电流密度一、电流电流强度1、电流电荷的定向移动，简称电流。形成传导电流的条件是：①物体中存在可以自由移动的电荷，即载流子（电子或离子）；②存在电场。按习惯，规定正电荷流动的方向为电流的方向。第2页,共30页，星期六，2024年，5月2、电流强度电流的强弱用电流强度来描述，其定义为：单位时间内通过某导体横截面的电量。大小：单位（SI）：安培（A）方向：规定为正电荷运动方向。电流强度是标量，通常所说的电流方向是指正电荷在导体内移动的方向，并非电流是矢量。当I=dq/dt=常数时，即电流强度的大小和方向都不随时间发生变化时，这种电流称为稳恒电流，也叫直流电流；当I随时间发生周期性变化时，称为交变电流；当I随时间作正弦规律的变化时，称为正弦交流电。第3页,共30页，星期六，2024年，5月电流强度只能从整体上反映导体内电流的大小。当遇到电流在粗细不均匀的导线或大块导体中流动的情况时，导体的不同部分电流的大小和方向都可能不一样。有必要引入能够细致描述电流分布的物理量——电流密度矢量，即需引入一个描述空间不同点电流的大小的物理量。二、电流密度导体中某点的电流密度，数值上等于通过该点场强方向垂直的单位截面积的电流强度。方向：该点场强（电流）的方向。单位（SI）:安培·米-2量纲：IL-2第4页,共30页，星期六，2024年，5月电流密度和电流强度的关系穿过某截面的电流强度等于电流密度矢量穿过该截面的通量。电流强度是电流密度的通量。第5页,共30页，星期六，2024年，5月三、稳恒电流的连续性方程在导体内任取一个闭合曲面S，因为闭合曲面S的法线正方向总是规定向外的，所以通过该闭合曲面的j通量，就是面内向外流出的电流强度，亦即单位时间内向外流出的电量。根据电荷守恒定律，从曲面内流出的电量应等于面内电量的减少量。设闭合曲面内的电量为q，则有该式称为电流连续性方程。对于稳恒电流，由于I的大小和方向都不随时间发生变化，这样形成电流的电场就必须是一个稳定场，产生电场的电荷就必须是一个稳定的分布，这样对于任一闭合曲面S，必有此即为稳恒电流的连续性方程，也叫电流的稳恒条件。第6页,共30页，星期六，2024年，5月如果取导体的两个截面S1和S2以及导体的侧面构成一个闭合曲面，则由上式知，单位时间内通过S1面的电量一定等于单位时间内通过S2的电量，即这是稳恒电流连续性方程的另一种表达形式。这一方程可以推广到三根或三根以上载流导线连结在一点的情况．分别在三根载流导线中，选取横截面S1、S2和S3，也可得连续性方程为第7页,共30页，星期六，2024年，5月四、稳恒电场——电流的连续性方程稳恒电流：导体内各处的电流密度都不随时间变化对稳恒电流有：在稳恒电流情况下，导体内电荷的分布不随时间改变。不随时间改变的电荷分布产生不随时间改变的电场，这种电场称稳恒电场。第8页,共30页，星期六，2024年，5月静电场稳恒电场电荷分布不随时间改变但伴随着电荷的定向移动电场有保守性，它是保守场，或有势场产生电场的电荷始终固定不动电场有保守性，它是保守场，或有势场静电平衡时，导体内电场为零，导体是等势体导体内电场不为零，导体内任意两点不等势维持静电场不需要能量的转换稳恒电场的存在总要伴随着能量的转换第9页,共30页，星期六，2024年，5月例8—1金属导体中的传导电流是由大量自由电子定向漂移运动形成的。自由电子除了无规则的热运动外，在电场的影响下，将沿着场强的反方向漂移设电子的电量的绝对值为e，电子“漂移”运动速度的平均值为，单位体积内自由电子数为n。试证电流密度的量值。解:在金属导体中，取一微小截面△S，△S的法线与电场方向平行．通过△S的电流强度△I，等于每秒内通过截面△S的所有自由电子的总电量（绝对值）.以△S为底面积，以为高作小柱体。显然，柱体内的自由电子数等于每秒内通过截面△S的自由电子数。因此则电流密度的量值第10页,共30页，星期六，2024年，5月8.2一段电路的欧姆定律及其微分形式一、欧姆定律当导线的温度一定时，导线中的电流强度与导线两端的电势差成正比，亦即称为欧姆定律。R是比例系数，与导线的材料及几何形状有关，称为导线的电阻。R的倒数G（1/R）称为电导。在国际单位制中，电阻的单位为欧姆（符Ω），