大学物理第9章 恒定电流课件.ppt

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1、第九章恒定电流内容：1.电流电流密度2.欧姆定律电阻率欧姆定律微分形式*3.金属导电的经典电子论的基本概念4.电源电动势5.基尔霍夫定律6.电源的功率*7.电子的逸出功*8.温差电现象9.RC电路的暂态过程重点：基尔霍夫方程难点：正确理解基尔霍夫方程回路9.1电流电流密度9.1.1电流形成电流的条件：在导体内要有可以自由移动的电荷或叫载流子在导体内要维持一个电场，或者说在导体两端要存在有电势差。单位时间内通过导体任一截面的电量电流强度I方向：正电荷运动的方向单位：安培1安培（A）=1库仑/秒（I是电学的基本单位）常用毫安（mA）、微安（A）必要性：当通过任一截面的电量不均匀时

2、，用电流强度来描述就不够用了，有必要引入一个描述空间不同点电流的大小。1.电流密度矢量空间某点处电流密度矢量j的方向为该点处正电荷的运动方向（或说为该点电场强度的方向）在大块导体中各点j有不同的数值和方向，这就构成一矢量场，即电流场。像电场用电场线来形象描绘一样，电流场用电流线来描绘，曲线上各点的切线方向代表该点的电流密度j的方向。I9.1.2电流密度大小等于单位时间内在该点附近垂直于电荷运动方向的单位截面上所通过的电量单位：安培/米2SS电流强度就是电流密度矢量通过S面的通量电流线2.与的关系：设某点处电流密度为，为面的法线方向由电流密度计算通过一个有限截面S的电流强度对封

3、闭曲面若是稳恒电流－－稳恒电流条件部分均匀电路欧姆定律I或R为比例系数，为电阻，单位为电阻：（注意l与S的取值）电导：单位为西门子（S=-1）9.2欧姆定律电阻率欧姆定律微分形式9.2.1欧姆定律9.2.2电阻率与材料和温度有关实验表明：化学纯的金属电阻率，都很有规律地随温度的升高而增大。电导率：通常金属的电导率随温度上升而减小；电介质和半导体的电导率随温度上升而增加。在0℃附近、在温度变化不大的范围内，金属的电阻率与温度的关系为：0是温度为零度时的电阻率，是电阻温度系数例1:一块扇形碳制电极厚为t，电流从半径为r1的端面S1流向半径为r2的端面S2，扇形张角为。求S

4、1和S2面之间的电阻。r1r2tS1S2解:扇形碳制电极横截面的面积不是常数，因此在电极上取一半径为r，长度为dr的一微小长度，此处电极横截面积为S=tr。其电阻为I例2：同轴电缆的漏电阻。超导体当温度降到某一温度时，某些金属、合金以及化合物的电阻率会突然降到很小，这种现象称作超导电现象。在这特定的温度下从正常态变为超导态，这温度叫做转变温度或居里点。具有超导电性的物体称为超导体（superconductor)T(K）0.080.16240He如He在4K以下电阻变为零迄今为止，已发现28种金属元素（地球的常态下）以及合金和化合物具有超导电性。还有一些元素只高压下具有超导

5、电性。提高超导临界温度是推广应用的重要关键之一。超导的特性及应用有着广阔的前景。9.2.3欧姆定律的微分形式SdUdR如图一段电阻率为的导体电阻dR为：据一段均匀导体的欧姆定律有即欧姆定律的微分形式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，即电流和电压成正比。对于许多导体（如电离了的气体）或半导体，欧姆定律并不成立。气体中的电流一般与电压不成正比。气体半导体*9.3金属导电的经典电子论的基本概念1.无规则运动（热运动）平均速率与m有关，所以电子的运动速率远大于分子，数量级约105m/s2.平均定向（漂移）运动速率：是由电子在外电场的作用下获得的，无外电场时

6、，定向运动速率为零。电子运动=热运动+定向运动数量级约10-4m/s3.j与的关系9.4电源电动势为了在导体内部形成稳恒电流必须在导体内建立一个稳恒电场。9.4.1电源单靠静电场不能在导体中维持稳恒的电流流动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有稳恒的电势差，在导体中维持稳恒的电场及稳恒的电流。电源：提供非静电力的装置把其它形式的能量转换为电能静电力使正电荷从高电势移到低电势非静电力使正电荷从低电势移到高电势+–水池泵分析非静电力的作用演示动画：电源的电动势为单位正电荷所受的非静电力电源的功=ItE=qE9.4.2电动势方向从负极指向正极+-把单位正电荷

7、从负极板经内电路搬至正极板，电源非静电力做的功。*为了便于计算,规定E的方向由负极板经内电路指向正极板，即正电荷运动的方向。单位：焦耳/库仑=（伏特）（V）*E越大表示电源将其它形式能量转换为电能的本领越大。其大小与电源结构有关，与外电路无关。E内电路非静电力因为电源外部没有非静电力，所以：如果整个回路中处处有非静电力，则：EE9.5基尔霍夫定律由多个电源和多个电阻的复杂联接节点：三条或三条以上支路的联接点；回路：几条支路构成的闭合回路。9.5.1基尔霍夫第一定律——节点电流定律节点电流方程