清华大学物理系普通物理电磁学ppt课件.ppt

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1、第四章稳恒电流steadycurrent§4.1稳恒条件§4.2欧姆定律§4.4基尔霍夫定律§4.3电源和电动势electromotiveforce(emf)§4.1稳恒条件一.电流强度和电流密度1.电流强度大小：单位时间内通过某一横截面的电量方向：正电荷运动的方向单位：安培(库仑/秒)2.电流密度currentdensity对大块导体，需电流密度的概念来进一步描写电流的分布。例如：电阻法探矿（图示）导体中某点的电流密度，数值上等于和该点正电荷定性向移动方向垂直的单位面积上的电流强度。方向：

2、该点正电荷定向移动的方向。1）电流线上某点的切向与该点的方向一致；电流线Pj为形象描写电流分布，引入“电流线”的概念：3.电流线dNdS2）电流线的密度等于j，即：3)电流管4.电流密度和电流强度的关系载流子定向移动速度n—载流子的浓度q—载流子电荷dSjI电流线nq对Cu：∵电流有热效应，故应限制j的大小：例如对Cu导线要求：对于超导导线，j可达104A/mm2。jI电流线nq5.电流连续性方程电流线发出于正电荷减少的地方终止于正电荷增加的地方线<0微分形式:内6.稳恒条件电流

3、场中每一点的电流密度的大小和方向均不随时间改变;等价地,电流场中每一点的电荷密度不随时间改变.微分形式:稳恒电流的电路必须闭合I2I1=1.欧姆定律微分形式§4.2欧姆定律IlS考虑方向电阻率电导率欧姆定律欧姆定律微分形式:导体中任一点电流密度的方向(正电荷运动的方向)和该点场强方向相同有关系式这里的电场,由固定分布的电荷产生,与静电场性质相似,称谓稳恒电场功率2.稳恒电场对于稳恒电路,导体内存在不随时间改变的电荷分布,由此产生稳恒电场和静电场比较相同之处电场不随时间改变满足高斯定理和环路

4、定理和静电场比较,不同之处电荷分布不随时间改变，稳恒电流的电场总是伴随电荷的运动，导体内恒定电场不为零。稳恒电场对电荷总作功为零，由于存在焦尔热效应，稳恒电路需要维持能量。由于电荷分布在表面或界面等不均匀处在均匀导体内部3.电流的微观图象vnq取平均电导率,是电阻率的倒数1平均碰撞时间与温度有关电阻随温度增长；2平均电流密度有涨落热噪音；3电场太强平均碰撞时间受影响失效；4电场变化时间与平均碰撞时间可比拟失效；5低温时量子效应明显失效。Drudetheory已知：大地的，求：接地电阻R解

5、：a大地.a[例]hIrh>>a.导体球（一般R10-2）如图示，设接地电流为I.当r=10a时，小整个接地电阻的关键。ar大地.ahIr即90%的电势降落在r=10a所以改善接地点附近的电阻，是减a-r=0.9U分析影响接地电阻的关键：的范围内。说明：该例只是极其理想化的接地模型，事实上影响接地电阻的因素很多，接地电阻是个不可精确测量的物理量。例.一球形电容器内、外导体球壳A和B的半径R1和R3，两球壳间充满两层球壳形的均匀各向同性介质1、2，电导率各为,两介质分层处半径

6、R2，内外球壳电压U为常量,忽略线路的几何影响,求：（1）两介质区的电场E=？电流密度j=？（2）两个介质分界面上的自由面电荷密度=？D的高斯定理?没有哪个地方电荷能无限积累R3R2R121ABQU（1）（2）R3R2R121ABQU§4.3电源及电动势electromotiveforce(emf)1.电源及电源的作用sourceofemf非静电力non-electrostaticforce非静电力场强经电源内部由负极移向正极过程中非静电力所作的功q(t)E(t)I(t)要维持稳恒电流

7、，+qR-I+才能在闭合电路中形成稳恒电流。必须有非静电力存在，电磁，化学，热，光，原子，电路必须闭合。而仿照电势差（电压）的定义—电势降定义电动势L（此积分与路径有关!）电源的电动势—电势升2.电源电动势3.电源内部欧姆定律微分形式:电源电动势在数值上等于开路时电源正极和负极间的电势差0各种电池:化学,光,温差,核能,电磁感应等全电路欧姆定律4.化学电池原理丹聂耳电池++++++---+++---CuSO4ZnSO4CuZn充电是逆过程UCuUZnU溶液UCuCuFeII热接头冷接头若两个接

8、头处的温度不同，两种金属接成一个回路，温差电动势的成因：▲在同种金属中，温差形成自由电子的热扩散▲在不同金属中，因自由电子浓度不同，在接头处则回路中形成温差电动势。*温差电现象（席贝克Seebeck效应，1821）（汤姆孙Thomon电动势）产生与温度有关的扩散（珀耳帖Peltier电动势）测温热电偶（KD022）一般mV/100C。优点：▲热容小，灵敏度高（103C）。▲可逐点测量，测小范围内温度变化▲测温范围大（200C—2000C）。。▲便于自动控制T2T1待测已