第 5 章 恒定电流.ppt

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1、第5章恒定电流一、电流和电流密度二、恒定电流和恒定电场三、欧姆定律和电阻四、电动势五、有电动势的电路六、电流的一种经典微观图像一、电流和电流密度电流电流电荷的定向运动。载流子形成电流的带电粒子。如电子、质子、离子、空穴等。电流形成条件(导体内)：导体内有可以自由运动的电荷；导体内要维持一个电场。一、电流和电流密度电流强度大小：单位时间通过导体某一横截面的电量。方向：正电荷运动的方向单位：安培（A），是基本单位。电量单位：库伦（C）1C=1As一、电流和电流密度电流密度矢量电流强度对电流的描述比较粗糙。····abcd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

2、不同位置处电流流动的情况。一、电流和电流密度n为单位体积内某一种载流子的数目则通过dS的电流：nvdtcosvdtdS一、电流和电流密度令则其中就是小面积dS处的电流密度。nvdtcosvdtdS一、电流和电流密度电流密度的方向q-q该点正电荷定向运动的方向，与负电荷运动的方向相反。一、电流和电流密度电流密度的大小电流密度的单位通过垂直于该点正电荷运动方向的单位面积上的电流强度。A/m2一、电流和电流密度导体中有多种载流子存在时则形式不变。令则一、电流和电流密度对金属导体，只有自由电子参与导电，但各电子的运动速度不同，设单位体积内以速度vi运动的电子数目为ni定

3、义电子的平均速度：其中n是单位体积内电子的总数目。一、电流和电流密度则讨论：形成电流，电子的平均定向速度又称为漂移速度。无外加电场时，没有电流。在外加电场中，电流密度和电流强度的关系通过面元dS的电流强度通过电流场中任一面积S的电流强度一、电流和电流密度电流强度是通过某一面积的电流密度的通量。电流的连续性方程通过电流场中任一闭合曲面S的电流强度θθS一、电流和电流密度是净流出闭合曲面S的电流。形成电流的电荷运动，可引起空间电荷分布的变化。有电荷从S面流入和流出时，S面内的电荷相应发生变化。一、电流和电流密度由电荷守恒定律可知，单位时间内由S流出的净电量应等于S内电量的

4、减少，即恒定电流是指导体内每一点处的电流密度的大小和方向都不随时间变化。即二、恒定电流和恒定电场θθS对一段无分支的稳恒电路，其各横截面的电流强度相等。二、恒定电流和恒定电场SI1I2稳恒电流的电路必须是闭合的。二、恒定电流和恒定电场在电路的任一节点处，流入节点的电流强度之和等于流出节点的电流强度之和。I4I1I3I2SI1+I4=I2+I3上式称为节点电流方程即又称为基尔霍夫第一定律恒定电场二、恒定电流和恒定电场在恒定电流的情况下，要求空间电荷分布不随时间变化电场分布不随时间变化二、恒定电流和恒定电场恒定电场和静电场的相同之处在恒定电流的电路中，沿任何闭合回路一周

5、的电势降落的代数和等于零。称为回路电压方程,又称为基尔霍夫第二定律电场不随时间改变满足高斯定理满足环路定理，是保守力场可引进电势概念。二、恒定电流和恒定电场恒定电场和静电场的不同之处产生稳恒电流的电荷是运动的(只是电荷分布不随时间变化)。稳恒电场对运动的电荷要作功，稳恒电场的存在，总伴随着能量转移。欧姆定律三、欧姆定律和电阻U=IR电阻R的单位：IU欧姆，简称为欧（）三、欧姆定律和电阻电阻定律lS是导体材料的电阻率，叫做导体材料的电导率单位：m单位：西门子每米（S/m）三、欧姆定律和电阻导体材料的电阻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

6、时，有t=0(1+t)t和0分别是tC和0C时的电阻率，是材料的温度系数。铜=4.310-31/K；锰铜合金=110-51/K。例P.欧姆定律的微分形式三、欧姆定律和电阻U=IRlI12S故J=E/=E矢量式U=1-2=ElI=JSR=l/S例：求半球形接地器的接地电阻和跨步电压。三、欧姆定律和电阻bc··ABIR三、欧姆定律和电阻解：Rrdr接地电阻(1)接地电阻将地分为一层层薄半球壳，任取一层(半径r、厚dr)，其电阻为三、欧姆定律和电阻(2)跨步电压Rrdr地中r处的场强地中r处的电流密度j=E即三、欧姆定律和

7、电阻RrdrA、B两点跨步电压离中心越近，“跨步”越大，则U越大。bc··ABIR伏安特性曲线三、欧姆定律和电阻对于一般的金属或电解液，欧姆定律在相当大的电压范围内是成立的。对许多气体或半导体，欧姆定律并不成立，这称为材料的非欧姆导电特性。三、欧姆定律和电阻气体的伏安特性曲线半导体的伏安特性曲线非静电力四、电动势电源内部的非静电力Fne使正电荷由负极经电源内部到达正极。neFne非静电力四、电动势电源按内部的非静电力产生方式的不同而有很多类型发电机化学电池燃料电池太阳能电池电源的电动势四、电动势把单位正电荷经电源内部由负极移向正极过程中，非静电力所作