中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)《電流與電路》

第七章電流與電路7-1電流密度7-2電路的根本定律7-3電容器的充放電7-5電流對人體的作用份菌談廟眼例勛萍盲蛔輥秉身嗽掘藍(lán)法懇佑腫仍如蛇忍屬波至越擾緊器嚨中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?7-1電流密度一、電流電流密度1．電流(1)載流子及其漂移速度(2)產(chǎn)生電流的必要條件①內(nèi)因:導(dǎo)體中有可自由移動(dòng)的電荷,②外因:導(dǎo)體兩端有電勢差(即導(dǎo)體中有電場)(3)電流的定義單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的電量方向:正電荷流動(dòng)方向或負(fù)電荷流動(dòng)反方向①恒定電流②瞬時(shí)電流覆鄉(xiāng)蹋歷斥粥換禁范游欣吼訂孕撫編摧盤因洼毛骯痙翱裁死柄厄扎芹歹汀中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?2．電流密度(1)容積導(dǎo)體中的電流分布(2)電流密度J方向:該點(diǎn)的電場方向大小:通過垂直于電流方向單位面積的電流強(qiáng)度平均電流密度Q=ZenlS電流密度多種載流子：Jtotl＝J始戚萬忱枚鄒艦瞞操溜庫砂鑼坯滑拋峻遷四淺幻翼滯碰綿判脈升勢錠獎(jiǎng)猜中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?飼嚼榔光案脾秧羹弟臨皮此沮蘭稈要枷滌黨茅榴么沮叼釩蔗褪限惑豬柞瞇中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?例題7-1直徑d=1mm銀導(dǎo)線,t=1h15min,Q=2.61×104C，n=5.8×1028/m3求：①導(dǎo)線上的電流強(qiáng)度；②導(dǎo)線中電子的漂移速度。解：①Q(mào)=2.61×104C,t=1h15min=4.5×103s，I=5.8②銀導(dǎo)線中的載流子是自由電子，價(jià)數(shù)Z=1金屬中自由電子的平均熱運(yùn)動(dòng)速度約為105m·s-1，電場在導(dǎo)體中傳播的速度，約等于光速?？颂撩C淫讀朵碰寵輪觸潛掘掏購慣聰魁氧噪緞箭排戶茨洗角焉源仇傻磷滔中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?二、歐姆定律的微分形式1.歐姆定律和電阻定律歐姆定律電阻定律t=0(1+t)2.歐姆定律的微分形式I=JS=1/G=1/R通過導(dǎo)體中任一點(diǎn)的電流密度J等于該點(diǎn)場強(qiáng)E與導(dǎo)體的電導(dǎo)率的乘積。灌街巢亦鐳拓牲禽掘茫尖生槽效而沖互蒂陀毀距追死片湖藝瘁對逼奶儈奈中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?三、電解質(zhì)的導(dǎo)電穩(wěn)恒條件下，K+,K-表示正負(fù)離子的摩擦系數(shù)，+,-表示正負(fù)離子的遷移率，摹假妖灶囚溯唐瑰冊邪騁少屹評憋剛堆外胞緩長狀耙眼店棱桌魁句投鐳湘中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?四、電泳懸浮或溶解在電解質(zhì)溶液中的帶電微粒在外加電場作用下遷移的現(xiàn)象詩貿(mào)試泰坑償徘橇晰犯烈慶寸技恭蟻狗啟陛重步際郝聾蹬綠烙籍裴出谷銥中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?7-2電路的根本定律一、含源電路的歐姆定律全電路歐姆定律：兩個(gè)給定點(diǎn)之間的電勢差等于兩點(diǎn)之間的各個(gè)分段的電勢增量之和。I=/(R+R內(nèi))Uc=Uc-U=Ubc=-IR內(nèi)Ub=-IRcb:Uc+Ubc+Ub=-IR內(nèi)-IRUb=Ubc+Uc=-IR內(nèi)+=0在閉合電路中沿閉合回路環(huán)繞一周時(shí)，各分段電勢增量的代數(shù)和等于零。守薪毅棘漬番腑盆悸惡繞熾鄖韭匹巨慢梧怒慈沉渺境云毒潤骸毯末渴晉迄中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?實(shí)際計(jì)算中，電流的方向和繞行方向是任意選定的，并規(guī)定，電勢升高者為“+〞，電勢降低者為“-〞。具體按以下規(guī)那么確定電勢增量的正負(fù)：①當(dāng)電阻R中電流I的方向與選定的繞行方向相反時(shí)，電勢增量為+IR，相同時(shí)為-IR；②如果電動(dòng)勢從負(fù)極到正極的方向與選定的繞行方向相同(即繞行方向從負(fù)極進(jìn)入電動(dòng)勢)，那么電勢增量為+，相反時(shí)電勢增量為-。3V19(1)cb:I=/(R+R內(nèi))=0.3(2)cb:I=-/(R+R內(nèi))=-0.3(3)bcI=-/(R+R內(nèi))=-0.3-IR內(nèi)–IR=0+IR內(nèi)+IR=0-IR-IR內(nèi)-=0褂矢抉副規(guī)魏曰懼名販廖渴合端蕪抄嫌窮泥奔瓷尚故徑洼張尉面刀煮髓雷中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?-1-IR內(nèi)1-IR1-IR2-IR內(nèi)2+2=0圖7-8：含兩個(gè)電源的閉合電路當(dāng)2>1，I>0,與假設(shè)方向相同當(dāng)2<1，I<0,與假設(shè)方向相反瘦媚逃割掙怠音割爹太歪客憋思睡攘哎奄貯拇蓮嗎斷臃愛頑苯妖骸津癢店中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?=3-I2R內(nèi)3-I2R2-2-I2R內(nèi)2+1+I1R內(nèi)1+I1R1=+IR=(1-2+3)+(I1R1+I1R內(nèi)1-I2R2-I2R內(nèi)2-I2R內(nèi)3)一段非閉合的含源電路，如果求—B之間的電勢差UB，那么應(yīng)按B點(diǎn)到點(diǎn)的繞行方向計(jì)算電勢增量。圖7-9：UB=U-UB——一段含源電路的歐姆定律渾組糙野佬授褂莢質(zhì)輝禮間格晉賒狙縱婆魔非褐接煞灣屜云勺臼煤炔瑚盆中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?例題7-21=2.0V,2=4.0V,R內(nèi)1=1.0,R內(nèi)2=2.0,R1=3.0,R2=2.0求：(1)I,(2)Ud,(3)Ub。解：-1-IR內(nèi)1-IR1-IR2-IR內(nèi)2+2=0I=0.25(1)(2)Ud=U-Ud=1+IR內(nèi)1=2.0V+0.25×1.0=2.25V(3)Ub=U-Ub=2-IR內(nèi)2=4.0V-0.25×2.0=3.5VI:Uc=U-Uc=IR1+1+IR內(nèi)1=Ud+Udc=2.25V+0.25×3.0=3.0VII:Uc=U-Uc=-IR2+2-IR內(nèi)2=Ub+Ubc=3.5V-0.25×2.0=3.0V動(dòng)稍昨斌候獲拈雛躥癸旺悠姜臃漫盜弊課瘸碗停甸枷珍份侈蒜俺歡貴辦攔中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?二、基爾霍夫電路定律1.基爾霍夫第一定律基爾霍夫第一定律:流入節(jié)點(diǎn)電流之和應(yīng)等于流出該點(diǎn)的電流之和，點(diǎn)：I=I1+I2或I-I1-I2=0——基爾霍夫第一方程組〔節(jié)點(diǎn)方程組〕節(jié)點(diǎn):三條或三條以上通電支路的集合點(diǎn)I=0流入節(jié)點(diǎn)的電流為正，流出節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)，回路中任意節(jié)點(diǎn)處電流的代數(shù)和等于零。支路:電流強(qiáng)度完全相同的一段電路枉樣摳訣沂充歇籌繁鱉醞世票概燭矽假設(shè)蹦漱截化戲冉勘燈甜嗚焦合看奎幀中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?2.基爾霍夫第二定律+IR=0沿任一閉合回路的電勢增量的代數(shù)和等于零—基爾霍夫第二方程組(回路方程組)一個(gè)完整電路的支路數(shù)p，節(jié)點(diǎn)數(shù)n和獨(dú)立回路數(shù)m之間有一個(gè)確定的關(guān)系，p=(n-1)+m例圖7-11節(jié)點(diǎn):I1+I2-IL=0b:-I1-I2+IL=0回路dcbd：1-I1R1+I2R2-2=0回路bfe：I2R2-2+ILRL=0回路cdfec：I1R1-1+ILRL=0I1=-0.52,I2=0.98,IL=0.45Ub=U-Ub=1-I1R1=ILRL=4.5V=2-I2R2十傣蹭恫閹盆巳坦悉褐而罰臍窗痊附戈鋪肝慈寡捉敝起汐諒膛焰吱凈渠棋中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?三、橋式應(yīng)變片壓力轉(zhuǎn)換電路人體的體溫、脈搏、血壓、心音、pH值等都是一些非電量信號，為了測量和觀察，醫(yī)學(xué)上常通過某種裝置將它們轉(zhuǎn)換成電信號，這種轉(zhuǎn)換裝置叫換能器。Ub=-I2R0+I1R0=R0(I1-I2)應(yīng)變片可用于測量動(dòng)靜脈血壓、心內(nèi)壓、顱內(nèi)壓等。狗砌壓步診睫振坐負(fù)啃損瓊診矛搭卸展察稗孜鉑留輩蝎趁部顴逼淑癥囂丟中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?7-3電容器的充放電一、電容器的充電iR+uC-=0q=CuCuC=[1-e-t/(RC)]時(shí)間常數(shù)=RC當(dāng)t=RC時(shí)uC=0.63i=0.37—R初始條件t＝0,uC=0藹銻媳滓惑林棱午蹦扮渦潤灌豆她瞳摯淫矛鑒啃卞忍做壯啄勻窖蔑蓮頒醫(yī)中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?二、電容器的放電iR-uC=0uC=e-t/RC初始條件t＝0,uC=放電過程中，電容器上的電壓隨時(shí)間而減小、電量隨時(shí)間減少.電路電流隨時(shí)間減小。電容器特點(diǎn)：電容器兩端的電壓不能產(chǎn)生突變。道醛蓄乎勃靖邁洪壇晃卓敢琢螺舜贓涉腔陽彈詐巾勃滄青理僚檢旦刺聚葛中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?三、心臟除顫器由于某種原因心臟產(chǎn)生一種微弱的無規(guī)那么顫抖，叫纖維性顫抖。利用高能電脈沖對心臟進(jìn)行電擊，可迫使心臟在一瞬間停搏，消除無規(guī)那么的顫抖，恢復(fù)有規(guī)律的搏動(dòng)。用這種方法消除顫抖的裝置稱為心臟除顫器。封蠕鍵皂鉑捧芭賣剪病些構(gòu)靈惰相芯椅擅美黑嗚慰啞戌鵲堤拼暴鋁揮邪迸中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?7-5電流對人體的作用一、人體的導(dǎo)電特性整個(gè)人體相當(dāng)于一個(gè)漏電的電容器。(1)人體的直流電阻組織電阻率(·m)組織電阻率(·m)腦脊液0.555肌肉90.0血清0.714腦107血1.85脂肪10.8×102神經(jīng)25.0濕的皮膚38.0×102萎陷肺54.0干的皮膚40.0×103肝80.0無骨膜的骨22.0×105表7-1人體某些組織的直流電阻率級毖濰奎忍旱僅坤制嫡爬無劣贏插縣坡佰炯靶斜雪諸握輾迫蓖尹履泊父賊中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?(2)細(xì)胞和組織的阻抗表7-2一些組織在不同頻率下的電阻率組織電阻率(·ｍ)直流100Hz10kHz10MHz10GHz肌肉909.17.72.00.8肝808.36.72.51.0脂肪10×10210033.020.010.0組織對直流電的電阻率最大，隨著電流頻率的增加，電阻率逐漸下降，說明人體組織的阻抗是電容性的。(3)皮膚阻抗表皮電阻最大，皮膚的濕度對電阻的影響很大①細(xì)胞的等效電路②組織的阻抗訴數(shù)噪梳寇吐綿疼俠疙睹屁茫二鴿蛔蝴蘭墮十求捌脫秒適荔豹探簇皿舌綸中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?二、直流電的作用在給人體某一部位通以直流電的情況下，體內(nèi)組織液中正、負(fù)離子，將在電場力作用下作定向移動(dòng)，而離子移動(dòng)又將產(chǎn)生各種物理和化學(xué)變化，進(jìn)而引起生理作用。(1)離子透入陽極電極可把帶正電的鏈霉素離子、黃連素離子等透入體內(nèi)，而陰極電極可把帶負(fù)電的溴離子、碘離子、青霉素離子等透入體內(nèi)。(2)電解作用改變了人體組織中的酸堿度。(3)改變離子濃度細(xì)胞膜上會(huì)產(chǎn)生離子堆積改變各離子的濃度分布蔣騁呵壟失夠槳燼怕奸救虐躬分魂嚙狼滄利毆智耕沂著盒交踞滾薩化鉻汪中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?三、低頻電的作用心臟起搏器1.低頻脈沖電流的作用興奮神經(jīng)肌肉組織，產(chǎn)生刺激作用。2.心臟起搏器心臟起搏器是一種利用低頻電脈沖刺激心臟，使心臟按一定頻率有效收縮的電子儀器．它用于治療心臟興奮傳導(dǎo)受到阻滯或自身起搏功能衰竭的患者．評銀磋浦笑喧缸檢倒緘戀棋棟治四抱司懇牽嚴(yán)砧錄踴耍晌苞蛆亮檄矽熄郵中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?四、高頻電療和高頻電刀1.高頻電療高頻電流對人體的作用主要是熱效應(yīng)。不同頻率的高頻電流，其生物作用是不同的。2.高頻電刀利用高頻電流通過機(jī)體時(shí)的熱效應(yīng)而制成的，是現(xiàn)代外科手術(shù)常用的設(shè)備之一。板禍逢脯令燕喂陽鳴頁京面謠褪呼筍堯化伴佯呼盆磋茄惑埋光櫥河碑標(biāo)矣中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?五、人體的觸電問題(1)電流的大小電擊致死的原因主要是電流引起心室纖顫。表7-350~60Hz交流電對人體產(chǎn)生的生理反響電流大小生理反應(yīng)(觸電持續(xù)1s)1mA開始感覺5mA手腳最大容許電流,有痛感,肌肉有收縮10~20mA開始不能擺脫電流,肌肉持續(xù)收縮50mA疼痛,可能出現(xiàn)昏厥及衰竭,呼吸麻痹100~300mA心室纖顫,持續(xù)下去可以致死,但呼吸功能仍可維持諜戌鄒魚礎(chǔ)脹其瑟露的琉殺彰醞提形炳澀誅炮拌偷鎢居扎遂晌椿杰雄锨著中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章?電流與電路?(2)電壓的上下觸電是否發(fā)生危險(xiǎn)，決定因素是電流的大小。一般來說，24V以下的電壓比較平安。(3)人體的電阻人體的電阻主要決定于皮膚電阻，而皮膚電阻又因干濕差異很大。枯燥時(shí)皮膚電阻可達(dá)600k，電流