电磁场与电磁波 第4章 恒定电流场.ppt

《电磁场与电磁波 第4章 恒定电流场.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在PPT专区-天天文库。

1、第四章恒定电流场主要内容电流，电动势，电流连续性原理，能量损耗。1.电流及电流强度2.电动势3.电流连续性原理4.恒定电流场的边界条件5.恒定电流场的能量损耗6.恒定电流场与静电场的比拟8/5/202111.电流及电流强度分类：传导电流与运流电流。传导电流是导体中的自由电子（或空穴）或者是电解液中的离子运动形成的电流。运流电流是电子、离子或其它带电粒子在真空或气体中运动形成的电流。8/5/20212电流强度：单位时间内穿过某一截面的电量，又简称为电流，以I表示。电流的单位为A（安培）。因此，电流I与电荷q的关系为电流密度：是一个矢量，以J表示。电流密

2、度的方向为正电荷的运动方向，其大小为单位时间内垂直穿过单位面积的电荷量。因此，穿过任一有向面元dS的电流dI与电流密度J的关系为8/5/20213那么，穿过任一截面S的电流I为此式表明，穿过某一截面的电流等于穿过该截面电流密度的通量。在外源的作用下，大多数导电媒质中某点的传导电流密度J与该点的电场强度E成正比，即式中称为电导率，其单位为S/m。值愈大表明导电能力愈强，即使在微弱的电场作用下，也可形成很强的电流。上式又称为欧姆定律的微分形式。8/5/20214电导率为无限大的导体称为理想导电体。显然，在理想导电体中，无需电场推动即可形成电流。由上式

3、可见，在理想导电体中是不可能存在恒定电场的，否则，将会产生无限大的电流，从而产生无限大的能量。但是，任何能量总是有限的。电导率为零的媒质，不具有导电能力，这种媒质称为理想介质。媒质电导率(S/m)媒质电导率(S/m)银海水4紫铜淡水金干土铝变压器油黄铜玻璃铁橡胶8/5/20215运流电流的电流密度并不与电场强度成正比，而且电流密度的方向与电场强度的方向也可能不同。可以证明运流电流的电流密度J与运动速度v的关系为式中为电荷密度。与介质的极化特性一样，媒质的导电性能也表现出均匀与非均匀，线性与非线性以及各向同性与各同异性等特点，这些特性的含义与前相同。

4、上述公式仅适用于各向同性的线性媒质。8/5/202162.电动势如图所示，首先将外接的导电媒质移去，讨论开路情况下外源内部的作用过程。在外源中非静电力作用下，正电荷不断地移向正极板P，负电荷不断地移向负极板N。极板上的电荷在外源中形成电场E，其方向由正极板指向负极板，而且随着极板上电荷的增加不断增强。E导电媒质PNE外源显然，由极板上电荷产生的电场力阻止正电荷继续向正极板移动，同时也阻止负电荷继续向负极板移动，一直到极板电荷产生的电场力等于外源中的非电力时，外源的电荷运动方才停止，极板上的电荷也就保持恒定。8/

5、5/20217既然外源中的非静电力表现为对于电荷的作用力，因此，通常认为这种非静电力是由外源中存在的外电场产生的，其电场强度仍然定义为对于单位正电荷的作用力，以E'表示。由于外电场使正电荷移向正极板，负电荷移向负极板，因此，外电场的方向由负极板指向正极板。可见，在外源中外电场E'的方向与极板电荷形成的电场E的方向恰好相反。当外源中的外电场与极板电荷的电场等值反向时，外源中合成电场为零，电荷运动停止。若外源的极板之间接上导电媒质，正极板上的正电荷通过导电媒质移向负极板；负极板上的负电荷通过导电媒质移向正极板。因而导致极板上电荷减少，使得外源中由极板电荷

6、形成的电场E小于外电场，外电场又使外源中的正负电荷再次移动，外源不断地向正极板补充新的正电荷，向负极板补充新的负电荷。8/5/20218由上可见，极板上的电荷通过导电媒质不断流失，外源又不断地向极板补充新电荷，从而维持了连续不断的电流。因此，为了在导电媒质中产生连续不断的电流，必须依靠外源。当达到动态平衡时，极板上的电荷分布保持不变。这样，极板电荷在外源中以及在导电媒质中产生恒定电场，且在外源内部保持，在包括外源及导电媒质的整个回路中维持恒定的电流。注意，极板上的电荷分布虽然不变，但是极板上的电荷并不是静止的。它们是在不断地更替中保持分布特性不变，因

7、此，这种电荷称为驻立电荷。驻立电荷是在外源作用下形成的，一旦外源消失，驻立电荷也将随之逐渐消失。8/5/20219外电场由负极板N到正极板P的线积分称为外源的电动势，以e表示，即达到动态平衡时，在外源内部，所以上式又可写为考虑到导电媒质中，，那么，上式可写成驻立电荷产生的恒定电场与静止电荷产生的静电场一样，也是一种保守场。因此，它沿任一闭合回路的线积分应为零，即8/5/202110对于均匀导电媒质，上式变为根据斯托克斯定理，求得上两式的微分形式如下：可见，均匀导电媒质中，恒定电流场是无旋的,即电流线不是自然闭合的,源头就是电源。8/5/2021113

8、.电流连续性原理设闭合面S包围的体积V中驻立电荷的体密度为，则由电荷守恒定律知:如果空间的电荷分布不随时间