超强高中物理竞赛讲义PPT8恒定电流课件.ppt

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1、本章内容本章内容Contentschapter8恒定电流与电动势电流密度currentdensitysteadycurrentandelectromotiveforce引言引言导体静电平衡内等势体AB+AB自由电子定向漂移直流电路中的金属导体AB非等势体习惯上用正电荷从高电势向低电势移动的方向定为电流的流向sI时间通过截面tsq的电量为电流强度Iqt若导体不均匀,怎样描述其中的电流分布情况?在电流恒定的导体中,存在什么样的电场?导体的电势差是靠什么力产生和维持的?第一节电流密度电流密度ssss8.1currentdensit

2、yqddPjj运动方向的运动方向的单位矢量单位矢量nn单位矢量单位矢量法线的dsds法线的0ds0dsdd垂直通过的面元垂直通过的面元dsds任意面元任意面元定义点处的电流密度矢量Pj0dsIdj大小:j0dsIdqcosdsId方向:j方向通过某面积的电流强度sdsIsIdsjqcossjdsIdqcosdsjjds电流密度例题例已知I均匀铜线.end2mm76A电子电量绝对值1.61019C单位体积中含自由电子个数8.41028m3求j电流密度大小;自由电子定向漂移速率平均值v解法提要d241sjIIp()224210A

3、.m2vIsnejneIvens因则qt1.8104ms以后将会知道,电源一旦接通,作用于自由电荷的电场是以光速传播的,但自由电子的定向漂移速率是非常小的。甚至比其热运动平均速率(约10)小得多。5ms微分式欧姆定律微分形式的欧姆定律jj0dsdd0ds0dsjjdldl0ds0dsVVdVE电流密度分布电流密度分布任取一段微流管任取一段微流管微流管中导体的电阻率为微流管中导体的电阻率为对微流管中的导体应用欧姆定律(I=U/R)0dsdl()d()dd0ds1()dldj称电导率1gEEjg得Ejg矢量式称微分形式的欧姆定律

4、与使自由电子作j定向漂移的有何关系?电场E定律浅释Ejg的微观机理浅释载流金属导体中的自由电子同时参与两种运动无规热运动E引起的定向漂移vi热各向大小概率均等,矢量统计平均值为零ia漂FmemE设与晶格某两次碰撞相隔的时间为ti该段时间中平均速度vi漂ia漂ti2emE2ti晶格(原子核与各内层电子组成的振动原子实)Evi热ia漂em,第个自由电子i续6Ejg的微观机理浅释载流金属导体中的自由电子同时参与两种运动无规热运动E引起的定向漂移vi热各向大小概率均等,矢量统计平均值为零ia漂FmemE设与晶格某两次碰撞相隔的时间为

5、ti该段时间中平均速度vi漂ia漂ti2emE2ti晶格(原子核与各内层电子组成的振动原子实)Evi热ia漂em,第个自由电子i该电子的合速度vivi热vi漂vi热emE2ti0每单位体积中有个,产生电流密度njvieSn()1vi热E2em2tiSne1Sn1nntiSn1))平均时间t得jEem2t2n()gEjg的单位:西门子(S)欧姆米()或m1W1111第二节恒定电流恒定电流与电动势ssss8.2steadycurrentandelectromotiveforce一、电流的连续性方程n任意封闭曲面s法线一致向外jj

6、jj每秒从内向外流出的电荷量sdtdjIssds内的电荷每秒减少量dtdi电流的连续性方程:jssddtdi电荷守恒dtddtdi恒定电流与电动势恒定电流二、恒定电流电路中各点电流密度的方向和大小都不随时间变化的电流,称为恒定电流(又称稳恒电流)j不随时间变化ssdj0即任意时刻,流进任意封闭面的电量,与流出该封闭面的电量相等这是恒定电流的条件若导体载的是恒定电流,导体内各处的电荷分布,不随时间变化,任意封闭面内的电量不随时间变化,dtdi0(动平衡)恒定电场三、恒定电场恒定电场是存在于恒定电流通过的导体内部和导体外部的电场

7、。恒定电场的的空间分布不随时间变化dEllssjdgEj导体内部的恒定电场与电流密度分布j存在下述主要性质及相互关系E性质比较恒定电场与静电场的异同同dEll宏观电荷空间分布电场分布E不随时间变化ssdEe0iSq满足满足可引入电势概念恒定电场静电场异jjE导体内常量E导体内常量维持电场需耗能维持电场不需耗能随堂练习一铜棒长2m,两端电压50mv,设铜棒电阻率随堂练习电流密度j已知求r1.6×10–8Ωm欲求j,宜先用欧姆定律求电阻.设棒横截面积为S,解法提要lrRSU电流RrlSU电阻j电流密度SrlU1.6×10–8×2

8、50×10–31.56×106A·m-2例++例已知导电橡胶电阻率r外加电压求解法提要:导电橡胶总电阻drRdRR12Rrr2pdr2pdln2RR1总电流Rr处的电流密度jr2pdrrln()2RR1rR12R处的电流密度大小恒定场强大小处的恒定场强rgEjjrrln()2RR1rrrd

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