清华大学大学物理经典课件--恒定电流

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1、1陈信义编电磁学（第三册）第6章恒定电流自学“第7章磁力”目录2【演示实验】冷热水温差电机温差电磁铁测温热电偶§6.1电流和电流密度§6.3欧姆定律的微分形式§6.2恒定电流和恒定电场§6.4电动势§6.6电容的充电和放电§6.5有电动势的电路§6.7电流的一种经典图象电流密度Lorentz协变矢量补充：温差电效应及其应用3§6.1电流和电流密度一、电流密度矢量方向：对正载流子，与载流子的运动同向；对负载流子，与载流子的运动反向。数值：单位时间通过单位垂直面积的电量。大块导体＋－电流密度—描写大块导体中电流分

2、布4vDt=nqDS1、单一载流子2、多种载流子53、金属—自由电子导电漂移速度：热运动的漂移速度为零。的电子数密度：速度6二、电流强度dSJS三、电流的连续性方程dSJ由电荷守恒7§6.2恒定电流和恒定电场一、恒定电流(steadycurrent)在恒定电流导体中的任何地方，一些电荷因流动而离开的同时，另外一些电荷必将移动过来电荷的宏观分布不随时间变化稳恒条件：或8二、基尔霍夫节点定律I3I2I1S即对于恒定电流，有流出为正流入为负在恒定电流情况下，电荷分布不随时间变化。9在恒定电流情况下，不随时间变化的

3、电荷分布所产生的不随时间变化的电场1、恒定电场服从高斯定理（任何电场都服从高斯定理）三、恒定电场2、恒定电场服从环流定理（基本假定）恒定电场10恒定电流：电荷分布不随时间变化；磁场恒定—无感应电场。由静止电荷产生—服从环流定理。如何理解恒定电场？由运动电荷或变化的磁场产生—不服从环流定理。因此，恒定电场服从环流定理。产生电场只有两种方式：对于恒定电场，电势和电势差概念仍然适用。113、恒定电场与静电场的不同点静电场：电荷静止，不激发磁场静电平衡导体内部场强维持静电场不需要能量的转换恒定电场：电荷运动，激发磁场（

4、恒定磁场）导体内部恒定电场伴随能量的转换12§6.3欧姆定律的微分形式对于恒定电流或变化不太快的非恒定情况，金属或电解液中某点的电流密度矢量与该点的电场强度的关系为其中s为电导率。对于电离气体、半导体，欧姆定律不成立—伏安特性曲线。13lJEU2U1IS14【例】在恒定电路中两柱状金属导体相接。分析交界面两侧电流密度和电场的分布。J1J2s1s215恒定电流：电场分布：电场在界面不连续，【思考】你能算出界面上的电荷吗？界面上有电荷积累。J1J2s1s2SE2E1++16§6.4电动势+-+rIR电源恒定电流—静电

5、场—非静电场非静电场，反抗静电场移动电荷。单位正电荷17由负极到正极，电势（由静电场产生）升高的方向把单位正电荷从“－”极移到“＋”极，非静电场作的功（电源内）电源的电动势：电动势的正方向：e-+18在回路中，沿L由点1到点2的电动势：把单位正电荷，沿L由点1移动到点2，非静电场所作的功。（与路径有关）注意：电势差（电压，电势降）的定义（与路径无关）静电场19一、全电路欧姆定律§6.5有电动势的电路I+-rRL20电流由恒定电场Es和非静电场Ene共同决定恒定电场服从环路定理：用场的观点说明：21电动势得全电路欧

6、姆定律：222、回路定律电动势符号：与L同向，取负号与L反向，取正号电流符号：I与L同向，I取正号I与L反向，I取负号二、基尔霍夫（Kirchhoff）定律1、节点定律23例如-+rIR回路定律：L24补充：温差电效应及其应用在两端温度不同的金属中，由自由电子热扩散造成的非静电力所形成的电动势。自由电子密度不同的金属紧密接触，由于自由电子的扩散，在接触面形成的电势差。2、汤姆森（W.Thomson）电动势1、珀尔帖(J.C.A.Peltier)电动势（接触电势差）接触电位差：10－3～10－2V，与温度有

7、关。253、温差电动势将两种金属A和B做成导线串联起来，并使两个接触点的温度分别为T1和T2，则在整个闭合回路中产生的珀尔帖电动势与汤姆森电动势之和，称为温差电动势或塞贝克(T.J.Seebeck)电动势。温差电动势与温差T1–T2有关。264、温差电偶由于第三种金属材料C的两端与A,B的接触点的温度相同，所以C的插入并不影响温差电动势的大小。测电动势恒温待测温度27测温热电偶【演示实验】温差电堆28冷热水温差电机【演示实验】29温差电磁铁【演示实验】30补充：电流密度Lorentz协变矢量电流密度四矢量：电荷密

8、度面电流密度四矢量：面电荷密度31四动量：电流密度四矢量：通过与四动量类比得到32四动量：电流密度四矢量：33自学“第7章磁力”