恒定電流和恒定電場(chǎng)(精).ppt

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1、第十章恒定電流和恒定電場(chǎng)(SteadyCurrentandsteadyelectricfield)帶電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)將伴隨電量的遷移,形成電流。本章討論:不隨時(shí)間變化的恒定電流和與之相伴的恒定電場(chǎng)§10-1電流密度電流的連續(xù)性方程1.電流:電流—大量電荷的定向運(yùn)動(dòng)。電流形成條件(導(dǎo)體內(nèi)):(1)導(dǎo)體內(nèi)有可以自由運(yùn)動(dòng)的電荷,即載流子;載流子(chargecarrier)-電子、質(zhì)子、離子、空穴。(2)導(dǎo)體內(nèi)要維持一個(gè)電場(chǎng)。(導(dǎo)體內(nèi)有電荷運(yùn)動(dòng)說(shuō)明導(dǎo)體內(nèi)肯定有電場(chǎng),這和靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)為零情況不同.)2.電流強(qiáng)度(electriccurrentstrength)(

2、標(biāo)量)大?。?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)導(dǎo)體某一橫截面的電量方向:正電荷運(yùn)動(dòng)的方向單位:A(安培)3、電流密度電流強(qiáng)度I對(duì)電流的描述比較粗糙:如對(duì)橫截面不等的導(dǎo)體,I不能反映不同截面處及同一截面不同位置處電流流動(dòng)的情況。某點(diǎn)的電流密度(currentdensity)(矢量)方向:該點(diǎn)正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向。大?。和ㄟ^(guò)垂直于該點(diǎn)電荷運(yùn)動(dòng)方向的單位面積上的電流強(qiáng)度單位:A/m2(安/米2)已知:1、運(yùn)動(dòng)電荷體密度(單位體積內(nèi)的電量)為?2、運(yùn)動(dòng)電荷的定向運(yùn)動(dòng)速度為v在?t時(shí)間內(nèi),通過(guò)任一面元?S遷移的電量為:所以,單位時(shí)間通過(guò)截面dS的電量(即電流強(qiáng)度)為:en??u?t?Sen

3、??u?t?S令則?為電流密度矢量,方向與正電荷定向運(yùn)動(dòng)速度方向相同,大小等于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于正電荷定向速度方向的單位面積的電量。en??u?t?S令則所以,通過(guò)任意曲面的電流強(qiáng)度為導(dǎo)體內(nèi)每一點(diǎn)都有自己的?,?=?(x,y,z)即導(dǎo)體內(nèi)存在一個(gè)?場(chǎng)---稱電流場(chǎng)。從場(chǎng)的觀點(diǎn)看,?和I的關(guān)系,是一個(gè)矢量和它的通量之間的關(guān)系。電流場(chǎng):導(dǎo)體內(nèi)每一點(diǎn)都有自己的?,?=?(x,y,z)即導(dǎo)體內(nèi)存在一個(gè)?場(chǎng)---稱電流場(chǎng)。電流線(electricstreamline):類似電場(chǎng)線,在電流場(chǎng)中可畫(huà)電流線(1)電流線上某點(diǎn)的切向與該點(diǎn)?的方向一致;(2)通過(guò)垂直于某點(diǎn)?

4、的單位面積的電流線的根數(shù)等于該點(diǎn)?的大小。電流密度和電流強(qiáng)度的關(guān)系(1)通過(guò)面元dS的電流強(qiáng)度(2)通過(guò)電流場(chǎng)中任一面積S的電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度是通過(guò)某一面積的電流密度的通量。電流連續(xù)性方程(equationofcontinuityofelectriccurrent)電流的連續(xù)性方程電荷的運(yùn)動(dòng)可形成電流,也可引起空間電荷分布的變化。在電流場(chǎng)內(nèi)取一閉合面S,則有電荷從S面流入和流出,S面內(nèi)的電荷相應(yīng)發(fā)生變化。由電荷守恒定律,單位時(shí)間內(nèi)由S流出的電量應(yīng)等于S面內(nèi)電量的減少。電荷守恒定律在電流場(chǎng)中的數(shù)學(xué)表達(dá)式電流場(chǎng)中的電流線是有頭有尾的。電流線發(fā)出于正電荷減少的地方;

5、終止于正電荷增加的地方?!?0-2恒定電流和恒定電場(chǎng)電動(dòng)勢(shì)恒定電流(SteadyCurrent):導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn)的?的大小和方向均不隨時(shí)間改變的電流。1.恒定條件若電流場(chǎng)內(nèi)?的大小和方向不隨t變,則要求空間電荷分布不隨t變,即則在電流場(chǎng)內(nèi)作一任意閉合S面,有電流的穩(wěn)恒條件1、在恒定條件下,通過(guò)任一閉合曲面一側(cè)流入的電量等于從另一側(cè)流出的電量。2、電流線是閉合曲線,即恒定電流的閉合性。2.由恒定條件可得出的幾個(gè)結(jié)論(請(qǐng)用恒定條件自己分析理由)(1)導(dǎo)體表面電流密度矢量無(wú)法向分量。(2)對(duì)一段無(wú)分支的恒定電路,其各橫截面的電流強(qiáng)度相等。(3)在電路的任一節(jié)點(diǎn)(三條

6、或三條以上電路的交匯點(diǎn))處,流入節(jié)點(diǎn)的電流強(qiáng)度之和等于流出節(jié)點(diǎn)的電流強(qiáng)度之和(基爾霍夫第一定律)。恒定電場(chǎng)(steadyelectricfield):是由不隨時(shí)間改變的電荷分布產(chǎn)生的不隨時(shí)間改變的電場(chǎng)。對(duì)于恒定電路,導(dǎo)體內(nèi)存在恒定電場(chǎng)。恒定電場(chǎng)和靜電場(chǎng)的對(duì)比(1)相同處:電場(chǎng)不隨時(shí)間改變;滿足高斯定理;滿足環(huán)路定理,是保守力場(chǎng),可引進(jìn)電勢(shì)概念。回路電壓定律(基爾霍夫第二定律)(Kirchhoffsecondlaw):在恒定電路中,沿任何閉合回路一周的電勢(shì)降落的代數(shù)和等于零(2)不同處:產(chǎn)生恒定電流的電荷是運(yùn)動(dòng)的(但電荷分布不隨t變)。恒定電場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)的電荷要作

7、功,恒定電場(chǎng)的存在,總伴隨著能量轉(zhuǎn)移。節(jié)點(diǎn)電流定律(基爾霍夫第一定律)(Kirchhofffirstlaw)電動(dòng)勢(shì)(electromotiveforce簡(jiǎn)寫作emf)非靜電力:電源內(nèi)部都有非靜電力(nonelectrostaticforce);非靜電力使正電荷由負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部到達(dá)正極。引入:非靜電力場(chǎng)強(qiáng):?jiǎn)挝徽姾伤艿姆庆o電力把電荷q由負(fù)極移向正極(經(jīng)電源內(nèi)部)非靜電力作功電動(dòng)勢(shì):把單位正電荷經(jīng)電源內(nèi)部由負(fù)極移向正極過(guò)程中,非靜電力所作的功。若電動(dòng)勢(shì)存在于整個(gè)電流回路L,可寫作熱電動(dòng)勢(shì)1.熱電動(dòng)勢(shì)用兩種金屬接成回路,當(dāng)兩接頭處溫度不同時(shí),回路中會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)

8、,稱熱電動(dòng)勢(shì)(或溫差電動(dòng)勢(shì))。熱電動(dòng)勢(shì)的成因:自由電

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