第5章 稳恒电流

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1、第五章恒定电流形成电流条件：1）存在可以自由移动的电荷(载流子)；2）存在电场（导体两端有电势差）一电流电流密度1.电流强度单位时间内通过导体某一横截面的电量++++++单位:安培(A),mA,A标量§5.1电流和电流密度2.电流密度(currentdensity)(1)电流密度：细致描述导体内各点电流分布的情况.大小单位时间内过该点且垂直于正电荷运动方向的单位面积的电荷电流密度是矢量该点正电荷运动方向方向半球形接地电极(2)电流密度和电流强度的关系在电流场中，通过面积S的电流就是通过该面积的电流

2、密度的通量通过导体任一有限截面S的电流在有电流的导体中，每一点都具有一定大小和方向的电流密度矢量，构成了矢量场，称为电流场。由电流线围成的管状区域称为电流管。恒定条件下，通过同一电流管任一横截面的电流相等。规定：曲线上每一点的切线方向与该点的电流密度方向相同；而任一点的曲线数密度与该点的电流密度的大小成正比引入电流线形象描述电流场中电流的分布，电流场二、电流的连续性方程根据的意义知，该式表示净流出封闭面的电流；也就是单位时间内从封闭面内向外流出的正电荷的电量根据电荷守恒定律通过封闭面流出的电量应等于

3、封闭面内电荷的减少量。即：电流连续性方程实质是电荷守恒定律,任何电流密度都必须满足这一方程电流场中各处的电流密度的大小和方向均不随时间改变的电流恒定电流（直流电）一.恒定电流恒定条件或结论：对于恒定电流，在单位时间内从闭合面S一侧流入的电量，等于在相同时间内从闭合面S另一侧流出的电量§5.2恒定电流与恒定电场SI恒定电流的电路必须闭合☆由恒定条件可得出几个结论对一段无分支的恒定电路其各横截面的电流强度相等？在电路的任一节点处流入的电流强度之和等于流出节点的电流强度之和---节点电流定律(基尔霍夫第一

4、定律)恒定电场二.恒定电场在恒定电流情况下，导体中电荷分布不随时间变化,因而电荷产生的电场也不随时间变化,这种电场称为恒定电场.恒定电场与静电场具有相似性质1）电场不随时间改变；2）满足高斯定理3）满足环路定理是保守场可引入电势概念在恒定电路中沿任何闭合回路一周的电势降落的代数和等于零恒定电场与静电场不同之处1)产生恒定电流的电荷分布不随时间改变，但这种分布总伴随着电荷的运动。即使在导体内部，恒定电场也不等于零。2)恒定电场对运动电荷要作功，所以恒定电场的存在总是伴随着能量的转换。而静电场是由固定电

5、荷产生，所以维持静电场不需要能量的转换。I推论回路电压定律(基尔霍夫第二定律)一电阻率电阻率一段电路的欧姆定律电阻定律电导率电阻率（电导率）不但与材料的种类有关，而且还和温度有关.一般金属在温度不太低时电阻率§5.3欧姆定律和电阻式中t,0分别为toc,0oc时的电阻率,称为电阻温度系数,各值均可实验或查表得到.利用电阻随温度变化的特性,可制造各种金属电阻温度计和传感器的传感元件.☆超导体有些金属和化合物在降到接近绝对零度时，它们的电阻率突然减小到零，这种现象叫超导现象.0.050.104.1

6、04.204.30****超导的转变温度T/KR/首先发现超导现象的是荷兰物理学家昂尼斯,他在1911年的实验中观察到:汞在4.2K附近电阻突然降为零的现象.对该现象的研究,具有很大的理论和实用价值.超导在技术中最主要的应用是做成电磁铁的超导线圈以产生强磁场.例:超导磁悬浮列车解:例1一内、外半径分别为和的金属圆筒，长度,其电阻率，若筒内外电势差为，且筒内缘电势高，圆柱体中径向的电流强度为多少？二、欧姆定律的微分形式欧姆定律U=IR给出了电压和电流的关系；这是电场在一段导体内引起的总效果的表示。由于

7、电场强度和电压有一定的关系，故可以根据上式导出电场与电流的关系。将上述关系式代入欧姆定律：由于在金属导体中，和的方向相同，上式可写为欧姆定律(微分形式)电导率一般金属或电解液，欧姆定律在相当大的电压范围内是成立的，但对于许多导体或半导体，欧姆定律不成立，这种非欧姆导电特性有很大的实际意义，在电子技术，电子计算机技术等现代技术中有重要作用.注意欧姆定律的微分形式表明任一点的电流密度与电场强度方向相同，大小成正比一、电源电动势(electromotiveforce)(emf)仅靠静电力，电路中只能形成短

8、暂的非恒定电流–AB+为使导体中有稳恒电流流动就必须有非静电力把正电荷从负极板搬到正极板，才能在导体两端维持稳恒的电势差，在导体中才有稳恒的电场及稳恒的电流。非静电力:能不断分离正负电荷使正电荷逆静电场力方向运动.1）电源：提供非静电力的装置.*如化学电池、硅（硒）太阳能电池，发电机等。实际上电源就是把其它形式的能量转换为电能的装置。§5.4电动势electromotiveforce(emf)2.电动势电源内部（内电路）---电流从负极板到正极板电源外部（外电路）--