電流和電流密度課件.ppt

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1、9.1電流和電流密度9.1.1電流強(qiáng)度9.1.2電流密度9.1.3歐姆定律9.1.4焦耳?楞次定律形成電流的條件：在導(dǎo)體內(nèi)要有可以自由移動(dòng)的電荷或叫載流子在導(dǎo)體內(nèi)要維持一個(gè)電場(chǎng)，或者說(shuō)在導(dǎo)體兩端要存在有電勢(shì)差。單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體任一截面的電量電流強(qiáng)度I方向：正電荷運(yùn)動(dòng)的方向單位：安培1安培=1庫(kù)侖/秒9.1.1電流強(qiáng)度電流密度矢量J描述空間不同點(diǎn)電流大小和方向空間某點(diǎn)處電流密度矢量J的方向?yàn)樵擖c(diǎn)處正電荷的運(yùn)動(dòng)方向大小等于單位時(shí)間內(nèi)在該點(diǎn)附近垂直于電荷運(yùn)動(dòng)方向的單位截面上所通過(guò)的電量電流密度是矢量單位：安培

2、/米29.1.2電流密度J由電流密度計(jì)算通過(guò)一個(gè)有限截面S的電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度就是電流密度矢量通過(guò)S面的通量電流密度與導(dǎo)體的微觀導(dǎo)電特性導(dǎo)體在外電場(chǎng)E中，電子除了雜亂無(wú)章的熱運(yùn)動(dòng)外，還有一個(gè)沿場(chǎng)強(qiáng)反方向的定向漂移運(yùn)動(dòng)。單位體積內(nèi)電子數(shù)：n電子漂移速度：在dt時(shí)間內(nèi)穿過(guò)面元的電量數(shù)量級(jí)：銅導(dǎo)線單位體積內(nèi)電子數(shù)約為1028m?3，電子漂移速度約為0.15mm/sec，則電流密度大小約為104Am?2。例題1設(shè)想在銀這樣的金屬中，導(dǎo)電電子數(shù)等于原子數(shù)。當(dāng)1mm直徑的銀線中通過(guò)30A的電流時(shí)，電子的漂移速度是多大？

3、若銀線溫度是20?C，按經(jīng)典電子氣模型，其中自由電子的平均速率是多大？解電子漂移速度因銀中自由的導(dǎo)電電子數(shù)等于原子數(shù)，故電子數(shù)密度與原子數(shù)密度相同M=100g/mol=0.1kg/mol，摩爾質(zhì)量?=10g/cm3=104kg/m3密度估算n按經(jīng)典電子氣模型，電子氣可視為理想氣體電子的熱運(yùn)動(dòng)平均速率>>電子的漂移速率一、歐姆定律的微分形式當(dāng)導(dǎo)體內(nèi)存在場(chǎng)強(qiáng)為E的電場(chǎng)時(shí)，可以自由移動(dòng)的載流子在電場(chǎng)力qE作用下作定向漂移運(yùn)動(dòng)。設(shè)載流子自由飛行的平均時(shí)間為t，則它的平均漂移速度?：導(dǎo)體的電導(dǎo)率?：導(dǎo)體的電阻率單位

4、：?.m單位：S/m9.1.3歐姆定律二、一段均勻?qū)w的歐姆定律在橫截面面積為S、長(zhǎng)為l的均勻?qū)Ь€上通以電流強(qiáng)度為I的電流時(shí)，若導(dǎo)線兩端的電勢(shì)差為U導(dǎo)線的電阻單位：?三、電阻率一段均勻?qū)w：電阻R是常數(shù)在某些情形，電阻R并不是常數(shù)，即V?I曲線并不是直線。通常金屬的電導(dǎo)率隨溫度上升而減小；電介質(zhì)和半導(dǎo)體的電導(dǎo)率隨溫度上升而增加。在0℃附近、在溫度變化不大的范圍內(nèi)，金屬的電阻率與攝氏溫度t的關(guān)系為?0是溫度為零度時(shí)的電阻率，?是電阻溫度系數(shù)例題2大氣中由于存在少量的自由電子和正離子而具有微弱的導(dǎo)電性。地表附

5、近晴天大氣平均電場(chǎng)強(qiáng)度約為120V/m，大氣平均電流密度約為4?10?12A/m2，電離層和地表之間的電勢(shì)差為4?105V。求大氣的電阻率是多大？大氣的總電阻是多少？解電離層和地表之間大氣的總電阻例題3一塊扇形碳制電極厚為t，電流從半徑為r1的端面S1流向半徑為r2的端面S2，扇形張角為?。求S1和S2面之間的電阻。r1r2?tS1S2解扇形碳制電極橫截面的面積不是常數(shù)，因此在電極上取一半徑為r，長(zhǎng)度為dr的一微小長(zhǎng)度，此處電極橫截面積為S=tr?。其電阻為例題4同軸電纜的漏電阻。在穩(wěn)恒電流的情況下，在相

6、同時(shí)間間隔?t內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)體中各個(gè)橫截面的電量?q相同。電場(chǎng)力對(duì)導(dǎo)線A、B內(nèi)運(yùn)動(dòng)電荷做的功等于把電量dq從A移到B所做的功電流的功電流的功率在時(shí)間t內(nèi)從導(dǎo)體內(nèi)放出的熱量焦耳?楞次定律9.1.4焦耳?楞次定律小結(jié)三、歐姆定律四、焦耳?楞次定律一、電流強(qiáng)度二、電流密度矢量