【VIP專享】11-1恒定電流和導(dǎo)電規(guī)律課件

1、第十一章 電流和恒磁場(chǎng)1 11-1 恒定電流條件和導(dǎo)電規(guī)律 11-2 磁場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度 11-3 畢奧薩伐爾定律 11-4 磁場(chǎng)的高斯定理和安培環(huán)路定理 11-5 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用 11-6 帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)10-7 抗磁性與鐵磁性第十一章 電流和恒磁場(chǎng)2要求：1. 深入理解描述直流電各物理量的定義和計(jì)算方法，這些量包括電壓、電流強(qiáng)度、電流密度、電阻、電阻率和電動(dòng)勢(shì)等；熟練掌握含源閉合電路中的能量關(guān)系；2. 在掌握了描述磁場(chǎng)的物理量磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁通量的基礎(chǔ)上，應(yīng)深入理解電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的基本規(guī)律，其中包括畢奧 薩伐爾定律、磁場(chǎng)的高斯定理和磁場(chǎng)環(huán)路定理，并能運(yùn)用這些規(guī)律求解恒定電流的磁場(chǎng)問題；

2、3. 深入理解各向同性的非鐵磁介質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下的行為和性質(zhì)，其中包括磁化和磁化強(qiáng)度、磁化強(qiáng)度與磁化電流的關(guān)系、磁介質(zhì)內(nèi)部的磁場(chǎng)，深入理解輔助物理量磁場(chǎng)強(qiáng)度的引入，以及普遍形式的安培環(huán)路定理；并能運(yùn)用這些規(guī)律處理介質(zhì)的磁化問題；4. 定性理解鐵磁質(zhì)的特性和應(yīng)用。3 11-1 恒定電流條件和導(dǎo)電規(guī)律 一、電流強(qiáng)度和電流密度在金屬導(dǎo)體中帶電粒子稱為載流子。 電流強(qiáng)度是標(biāo)量。有正、負(fù)之分，是代數(shù)量。習(xí)慣上把正載流子的流動(dòng)方向代表電流的方向。 電流強(qiáng)度I ，單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電量。 I 單位A (安培)，常用毫安(mA)、微安(A)1.電流強(qiáng)度（I） electric current4 形成電流

3、的條件，一是自由移動(dòng)的自由電荷，二是電場(chǎng)。超導(dǎo)現(xiàn)象中電流的形成并不需要上述條件； 正電荷運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?，并把?fù)電荷的運(yùn)動(dòng)也等效為正電荷的運(yùn)動(dòng)； 電流強(qiáng)度是標(biāo)量，有正、負(fù)之分。電流的方向性與矢量的方向性是有根本區(qū)別的。電流是對(duì)一個(gè)曲面而言的，只有兩個(gè)方向，即意味著電荷要么從曲面的這一側(cè)流向那一側(cè)，要么從那一側(cè)流向這一側(cè)，只有這兩種可能性；而矢量是對(duì)一個(gè)點(diǎn)而言的，因而有無限多個(gè)可能的方向； 對(duì)于電路，先約定一個(gè)方向，即為電流的標(biāo)定方向，當(dāng)電流的實(shí)際方向與標(biāo)定方向相同時(shí)，此支路上的電流強(qiáng)度為正值；當(dāng)電流的實(shí)際方向與標(biāo)定方向相反時(shí)，此支路的電流強(qiáng)度為負(fù)值。注 意：5 電流密度是描述電流分布的矢

4、量。在導(dǎo)體中任意一點(diǎn)的方向與正載流子在該點(diǎn)的流動(dòng)方向相同，大小等于通過該點(diǎn)并垂直于電流的單位截面的電流強(qiáng)度。 通過任一面元單位面積的電流強(qiáng)度等于該處電流密度矢量沿該面元法向的分量。 電流密度的單位是Am-2 。 2.電流密度(electric current density)Flash6 在有電流的導(dǎo)體中，每一點(diǎn)都具有一定大小和方向的電流密度矢量，構(gòu)成了矢量場(chǎng)，稱為電流場(chǎng)。 引入電流線形象描述電流場(chǎng)中電流的分布，規(guī)定曲線上每點(diǎn)的切線方向都與該點(diǎn)的電流密度矢量的方向相同。 由電流線圍成的管狀區(qū)域稱為電流管。恒定條件下，通過同一電流管任一橫截面的電流相等。 由電流密度的定義知通過導(dǎo)體中任一曲面S的

5、電流I為 與電通量定義式相比較，I 與 j 的關(guān)系也是一個(gè)通量與其矢量場(chǎng)的關(guān)系。 3.電流場(chǎng)7 二、電流的連續(xù)性方程和恒定電流條件 導(dǎo)體內(nèi)任取一閉合曲面S，根據(jù)電荷守恒定律，單位時(shí)間由閉合曲面 S 內(nèi)流出的電量，必定等于在同一時(shí)間內(nèi)閉合曲面 S 所包圍的電量的減少， 電流連續(xù)性方程的積分形式 以體電荷形式分布 在曲面S所包圍的體積內(nèi)積分電流連續(xù)性方程的微分形式1.連續(xù)性方程8 電流場(chǎng)不隨時(shí)間變化的電流。由分布不隨時(shí)間變化的電荷所激發(fā)的電場(chǎng)為恒定電場(chǎng)。 恒定電流場(chǎng)中過任意閉合曲面的電流必等于零。電流線從某處穿入必從另一處穿出。 恒定電流場(chǎng)的電流線必定是頭尾相接的閉合曲線。恒定電流條件的積分形式

6、恒定電流條件的微分形式 恒定電場(chǎng)由運(yùn)動(dòng)的而分布不隨時(shí)間變化的電荷所激發(fā)。在遵從高斯定理和環(huán)路定理方面，恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)具有相同性質(zhì)，通稱為庫侖電場(chǎng)。2. 恒定電流9三、導(dǎo)體的電阻(resistance of conductor) 伏安特性曲線 電阻單位是(歐姆)：1=1VA-1，電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，用G表示，單位是S(西門子)：1S=1-1 。電阻定義為兩端電勢(shì)差與電流之比電阻熱敏電阻UIUI晶體管真空二極管10四、導(dǎo)體的電阻率 (resistivity of conductor) 導(dǎo)體材料電阻率決定于材料自身性質(zhì)。金屬材料的電阻率為: = 0 (1+t )，為電阻溫度系數(shù)。 純金屬線膨脹系數(shù)

7、要小得多，可忽略其長度和截面積變化，R=R0(1+t)，可制成電阻溫度計(jì)。電阻率定義為電場(chǎng)強(qiáng)度E大小與同點(diǎn)電流密度j大小之比 常用電阻溫度計(jì)有銅電阻溫度計(jì)(-50150)和鉑電阻溫度計(jì)(-200500)。 11 電阻率單位m(歐姆米)。電阻率的倒數(shù)為電導(dǎo)率(conductivity)用表示，單位是Sm-1(西門子/米)。 某些材料電阻率在其特定溫度TC以下減小到接近零的現(xiàn)象稱為超導(dǎo)現(xiàn)象。 處超導(dǎo)狀態(tài)的材料為超導(dǎo)體(superconductor) 。 TC稱為超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，不同材料具有不同TC。鈦的TC為0.39K，鋁為1.19K，鉛為7.2K，Hg-Ba-Ca-Cu-O系氧化物為134K等。

8、超導(dǎo)體還具有其它一些獨(dú)特的物理性質(zhì)。12 例1：一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之間的電阻。dr 平行于電流方向，dS 垂直于電流方向。r1r2tS1S2解：13 例2： 碳膜電位器中的碳膜是由蒸敷在絕緣基片上的厚為t ，內(nèi)外半徑分為r1、r2 的一層碳構(gòu)成的。A、B為引出端，環(huán)形碳膜總張角為，電流沿圓周曲線流動(dòng)。求：A、B 之間的電阻？ABr1 r2 解： A、B 間電阻可視為由若干不同長度而截面相同的電阻并聯(lián)而成。電導(dǎo)為：14五、歐姆定律 (Ohms law) 取長l 截面積S的細(xì)電流管，根據(jù)歐姆定律I=U/R，其中I=jS，U=El，R=l/S， 反映了金屬導(dǎo)體導(dǎo)電的基本特性，電阻是常量，電流與電勢(shì)差成正比。適用于金屬導(dǎo)體，電解液和熔融鹽。 反映金屬導(dǎo)體中任意一點(diǎn)上 j與E之間的關(guān)系。適用于恒定電流的情形和變化的電流場(chǎng)。 R是與U 和I 無關(guān)的常量。歐姆定律的微分形式：15 兩個(gè)截面不同的銅桿串聯(lián)在一起，兩端加上電壓為U，設(shè)通過細(xì)桿和粗桿的電流、電流密度大小、桿內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小分別為：I1、J1、E1與I2、J2、E2，則：A. I1=I2、J1J2、E1E2B. I1=I2、J1J2、E1E2C. I1J2、E