主要内容从场的观点来讨论导体中电流的形成以及电流密.ppt
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1、主要内容:从场的观点来讨论导体中电流的形成,以及电流密度、电动势、全电路的欧姆定律和欧姆定律的微分形式,第十章 恒定电流,一、电流,1.定义:,10.1 电流和电流密度,电流是由大量电荷作有规则的定向运动所形成的。,2.分类:,a.传导电流:,由电子或离子在导体中作定向运动所形成的电流。,金属导体(第一类导体)中的电流是由自由电子作定向运动所形成,b.运流电流:,由带电物体作机械运动(包括电子或离子)所形成的电流。,电解质溶液(第二类导体)中的电流是由正负离子作定向运动所形成,本章仅讨论传导电流,3.电流的方向:,在电场力作用下,正负电荷总是沿相反方向运动;对于电流产生的一些效应(热效应、磁效
2、应等),正电荷沿某方向的运动与等量的负电荷沿相反方向运动在效果上相同。,稳恒的含义是指物理量不随时间改变,形成电流的条件:,在导体内有可以自由移动的电荷或叫载流子 (如在半导体中载流子有电子或空穴;在金属 中是电子;在电解质溶液中是离子)。,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。,电流的方向:正电荷从高电势向低电势移动的方向。,为了分析问题方便起见,习惯上把电流看作是正电荷的定向流动所形成的。,规定:正电荷流动的方向为电流的方向。,规定正电荷流动 的方向为正方向。,4.电流强度,单位时间内通过任一横截面的电量,表示了电路中电流强弱的物理量。用标量 I 表示。,单位:库仑/秒
3、=安培,国际单位中的基本量。,常用毫安(mA)、微安(A),标量,注意:电流强度是双向标量。电路中只标正方向。,用电流强度还不能细致地描述电流的分布。,所谓分布不同是指在导 体的不同地方单位面积 中通过的电流不同。,交流电的趋肤效应,目的:当通过任一截面的电量不均匀时,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。,定义:电流密度矢量 的方向为空间某点处正电荷的运动方向,它的大小等于单位时间内该点附近垂直与电荷运动方向的单位截面上所通过的电量。,二 电流密度矢量,由 计算流经任一面元 的电流强度,单位,所以,通过导体任一截面S的电流强度为:,量纲, 与微观量的关系:,设
4、n为单位体积内电子密度。 导体在外电场 中,电子在 杂乱无章的热运动上叠加一 个沿场强反方向上的定向漂 移,设漂移速度为 。在 时间内穿过 面的电子数, 即电量为:,铜导线一般 n1028m-3 ,u0.15mm/sec 所以,电流密度大小为 j104 米/秒 。,举例:P102,三 电流的连续性方程 稳恒电流条件, 电流的连续性方程,类似于电力线引入电流线来描述由 组成的电流分布,称之为电流场。,曲线上每一点的切线方向就是 的方向,曲线的疏密表示它 的大小。,即 电流线的数密度。,根据电荷守恒,在有电流分布的空间做一闭合曲面,单位时间内穿入、穿出该曲面的电量等于曲面内电量变化速率的负值。,
5、电流稳恒条件,电流密度矢量的通量等于该面内电荷减少的速率.,电流连续性方程,(微分形式证明略),区别:,静电场,四 静电场与稳恒电场的异同,静止电荷产生,稳恒条件可说为电荷分布不随时间变化 , 即场不变时达到稳恒稳恒电场。,电荷可以运动(静止和运动电荷共同产生),稳恒电场,导体内E=0,导体内E可以0,不需消耗能量来维持,需消耗能量来维持,相同:,场的分布不随时间变化,均满足高斯定理和安培环路定理,静电场可看成是稳恒电场的特例。,作业:P122 习题 10-1,10-2 电阻率 欧姆定律的微分形式, 欧姆定律 :,R (resistance)电阻,单位 (ohm)欧姆,式中: 为电阻率(res
6、istivity) 单位,适用于金属导体、电介液,它给出一段电路两端的电压与电流的关系。是实验规律。, 电阻率,量纲,一 电阻率,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。,为电导率(conductivity) 单位,应用:,电阻率的大小要依具体情况具体考虑,可查阅手册(P105)。,* 电阻温度系数,摄氏温度,温度为零度时的电阻率,标准电阻要选用 小的如康铜等合金。,电阻温度计就是利用电阻与温度的关系制成。,铁Fe的 =4103 1/C0,碳C的 = 5104 1/C0,电阻温度系数,二 超导体,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
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