大學(xué)物理恒定電流(老師課件)

第13章穩(wěn)恒電流SteadyElectricCurrent

第13章穩(wěn)恒電流SteadyElectricCurren2.電流強(qiáng)度

13.1電流電流密度規(guī)定：正電荷運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颉挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體任一橫截面的電量，即：一、電流1.電流形成條件1)導(dǎo)體內(nèi)有可以自由運(yùn)動(dòng)的電荷；2)導(dǎo)體內(nèi)要維持一個(gè)電場(chǎng)。2.電流強(qiáng)度13.1電流電流密度規(guī)定：正vII=envS為電子的漂移速度大小例：Sn—載流子濃度e—每個(gè)載流子（電子）所帶電量單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體任一橫截面的電量vII=envS為電子的漂移速度大小例：Sn—載流例如：電阻法探礦（圖示）二、電流密度對(duì)大塊導(dǎo)體不僅需用電流強(qiáng)度來(lái)描述，還需建立電流密度的概念，進(jìn)一步描述電流強(qiáng)度的分布。例如：電阻法探礦（圖示）二、電流密度電流密度定義式dIdSPI大塊導(dǎo)體方向//—正電荷在該點(diǎn)的定向移動(dòng)方向。大?。涸擖c(diǎn)處垂直于正電荷運(yùn)動(dòng)方向的單位面積上的電流強(qiáng)度1.電流密度電流場(chǎng)：導(dǎo)體內(nèi)每一點(diǎn)都有自己的電流密度定義式dIdSPI大塊導(dǎo)體方向//—正電荷在該對(duì)任意小面元，對(duì)任意曲面S：dI2.電流密度和電流強(qiáng)度的關(guān)系I通過(guò)某一面積的電流強(qiáng)度是通過(guò)該面積的電流密度的通量。對(duì)任意小面元，對(duì)任意曲面S：dI2.電流密度和電對(duì)任意閉合曲面S：該式表示凈流出封閉面的電流，即單位時(shí)間內(nèi)從封閉面內(nèi)向外流出的正電荷的電量。根據(jù)電荷守恒定律，它應(yīng)等于閉合面內(nèi)電量的減少率，即：—電流的連續(xù)性方程Iq內(nèi)對(duì)任意閉合曲面S：該式表示凈流出封閉面的電流，即單位時(shí)間內(nèi)從一、穩(wěn)恒電流電流場(chǎng)中每一點(diǎn)的電流密度的大小和方向均不隨時(shí)間改變二、穩(wěn)恒條件13.2穩(wěn)恒電流與穩(wěn)恒電場(chǎng)

（穩(wěn)恒電流）若要電流場(chǎng)不隨時(shí)間t

變要求空間電荷分布不隨時(shí)間t

變否則就違反電荷守恒定律了。通過(guò)閉合曲面的電流密度的通量為零。一、穩(wěn)恒電流13.2穩(wěn)恒電流與穩(wěn)恒電場(chǎng)（穩(wěn)恒電流）若由穩(wěn)恒條件可得出幾個(gè)結(jié)論1）對(duì)一段無(wú)分支的穩(wěn)恒電路，其各橫截面的電流強(qiáng)度相等。2）穩(wěn)恒電流的電路必須閉合。3）對(duì)于穩(wěn)恒電流電路的任一節(jié)點(diǎn)，流入、流出節(jié)點(diǎn)的電流強(qiáng)度的代數(shù)和為零?；鶢柣舴虻谝欢梢?guī)定：流出I>0，流入I<0。IiS節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)電流方程)由穩(wěn)恒條件可得出幾個(gè)結(jié)論基爾霍夫第一定律規(guī)定：流入I例：I1I2I3I4I4

－I1－I2－I3＝0例：I1I2I3I4I4－I1－I2－I3＝0歐姆定律的微分形式一段長(zhǎng)度和橫截面分別為的導(dǎo)體兩端的電壓U和沿長(zhǎng)度方向流經(jīng)導(dǎo)體的電流強(qiáng)度I和導(dǎo)體電阻R關(guān)系由歐姆定律表示為：歐姆定律的微分形式----給出了導(dǎo)體中各處的電流密度和該處的電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系。

歐姆定律的微分形式一段長(zhǎng)度和橫截面分別為三、穩(wěn)恒電場(chǎng)

1.穩(wěn)恒電場(chǎng)

1）對(duì)于穩(wěn)恒電路，導(dǎo)體內(nèi)存在電場(chǎng)電場(chǎng)與穩(wěn)恒電流密度的關(guān)系：2）穩(wěn)恒電場(chǎng)由不隨時(shí)間改變的電荷分布產(chǎn)生—

歐姆定律微分形式上式對(duì)非均勻?qū)w非穩(wěn)恒電流也成立三、穩(wěn)恒電場(chǎng)2）穩(wěn)恒電場(chǎng)由不隨時(shí)間改變的電荷分布產(chǎn)生—?dú)W姆2.與靜電場(chǎng)相同之處

1）電場(chǎng)不隨時(shí)間改變

2）滿足高斯定理

3）滿足環(huán)路定理是保守場(chǎng)所以可引入電勢(shì)概念3.與靜電場(chǎng)不同之處

1）穩(wěn)恒電場(chǎng)是由運(yùn)動(dòng)的電荷產(chǎn)生但電荷分布不隨時(shí)間改變

2）穩(wěn)恒電場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作功,故穩(wěn)恒電場(chǎng)的存

在總伴隨著能量的轉(zhuǎn)移(換)2.與靜電場(chǎng)相同之處3.與靜電場(chǎng)不同之處形成穩(wěn)恒電流的條件：靜電場(chǎng)不能形成穩(wěn)恒電流:導(dǎo)體放入電場(chǎng)中由于電荷重新分布必將有瞬時(shí)電流產(chǎn)生。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)為零則電流消失。將帶正負(fù)電荷的兩個(gè)導(dǎo)體、用一條導(dǎo)線連接：在達(dá)到靜電平衡前導(dǎo)體中流過(guò)的電流必然是隨時(shí)改變，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后達(dá)到靜電平衡，沒(méi)有電荷移動(dòng)，電流消失，這樣不可能形成穩(wěn)恒電流。不隨時(shí)間改變的電荷分布產(chǎn)生不隨時(shí)間改變的電場(chǎng)——穩(wěn)恒電場(chǎng)----穩(wěn)恒電流。穩(wěn)恒電場(chǎng)形成穩(wěn)恒電流的條件：靜電場(chǎng)不能形成穩(wěn)恒電流:導(dǎo)體放入電場(chǎng)中由13.3電源電動(dòng)勢(shì)+i▲欲使導(dǎo)線中有穩(wěn)恒電流通過(guò)，就必須把流向低電勢(shì)的（正）電荷不斷地搬回到高電勢(shì)端?！o電場(chǎng)力只能把正電荷由高電勢(shì)移向低電勢(shì)。要把正電荷自低電勢(shì)移到高電勢(shì)，就必須用與靜電力本質(zhì)不同的非靜電力才行。▲把正電荷由低電勢(shì)移到高電勢(shì)的非靜電力的裝置稱(chēng)做電源。13.3電源電動(dòng)勢(shì)+i▲欲使導(dǎo)線中有穩(wěn)恒電流通過(guò)正、負(fù)兩極內(nèi)、外電路引入非靜電力場(chǎng)強(qiáng)：+即單位正電荷所受的非靜電力電源：

提供非靜電力的裝置為維持穩(wěn)恒電流，在電路中必然存在電源Fk—正電荷所受的非靜電力正、負(fù)兩極內(nèi)、外電路引入非靜電力場(chǎng)強(qiáng)：+即單位正電荷所受的非電源(electricalsource)和電動(dòng)勢(shì)(electromotiveforce)描述電源性能的物理量是電動(dòng)勢(shì)電源(electricalsource)和電動(dòng)勢(shì)(elec2.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規(guī)定：電動(dòng)勢(shì)的方向取電源內(nèi)部電勢(shì)升高的方向+若電動(dòng)勢(shì)存在于整個(gè)電流回路L，則即閉合回路的電動(dòng)勢(shì)等于把單位正電荷繞回路移動(dòng)一周時(shí)非靜電力所作的功。2.電動(dòng)勢(shì)規(guī)定：電動(dòng)勢(shì)的方向取電源內(nèi)部電勢(shì)升高的方向+若電εC－I2R2D13.4

含源電路的歐姆定律R1R2εR32。I1I2。APUAP=UA－UP.B=UAB+UBC+UCD+UDP.I31)設(shè)定各電流方向；2)選定行進(jìn)方向；UAP=ε1ε2+電流方向與行進(jìn)方向一致時(shí)，IiRi前為“+”；電動(dòng)勢(shì)方向與行進(jìn)方向一致時(shí)，εi前為“－”。I1R1－3)計(jì)算各電勢(shì)降:所以如圖，UAP

=普遍形式：1εC－I2R2D13.4含源電路的歐姆定律R1R2εR32ε2Aε1R1R2R3I1I2I3對(duì)任一閉合回路的電勢(shì)降落：基爾霍夫第二方程（回路電壓方程）閉合電路的歐姆定律回路中的電流為對(duì)于復(fù)雜電路中的任一閉合回路對(duì)如圖示的閉合回路：ε2Aε1R1R2R3I1I2I3對(duì)任一閉合回路的電勢(shì)降落：例13.1

如圖表示把兩個(gè)直流電源并聯(lián)起來(lái)給一個(gè)負(fù)載供電，設(shè)已知各電源的電動(dòng)勢(shì)及其內(nèi)阻和負(fù)載的電阻，試求每一電源所供給的電流I1、I2以及通過(guò)負(fù)載的電流I。R1Rε1ε2ADBCR2I1I2I例13.1如圖表示把兩個(gè)直流電源并聯(lián)起來(lái)給一個(gè)負(fù)載由基爾霍夫第二定律（回路電壓定律），對(duì)回路ABCA：對(duì)回路ADBA：對(duì)這三個(gè)方程聯(lián)立求解，即得各電流為：解由基爾霍夫第一定律（節(jié)點(diǎn)電流定律），對(duì)節(jié)點(diǎn)A列出電流方程：R1Rε1ε2I2I1AIDBCR2由基爾霍夫第二定律（回路電壓定律），對(duì)回路ADBA：對(duì)這三個(gè)大學(xué)物理恒定電流(老師課件)蓄電池放電時(shí)，電流方向與電動(dòng)勢(shì)方向相同，例13.2

對(duì)一蓄電池充電，充電電流為3A時(shí)，其端電壓為2.06V，而當(dāng)該蓄電池放電且電流為2A時(shí)，其端電壓為1.96V。求該蓄電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。I充RεAB解蓄電池充電時(shí)，電流方向與電動(dòng)勢(shì)方向相反，I放RεAB則其端電壓為則其端電壓為解得：蓄電池放電時(shí)，電流方向與電動(dòng)勢(shì)方向相同，例13.2對(duì)第13章穩(wěn)恒電流SteadyElectricCurrent

第13章穩(wěn)恒電流SteadyElectricCurren2.電流強(qiáng)度

13.1電流電流密度規(guī)定：正電荷運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?。單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體任一橫截面的電量，即：一、電流1.電流形成條件1)導(dǎo)體內(nèi)有可以自由運(yùn)動(dòng)的電荷；2)導(dǎo)體內(nèi)要維持一個(gè)電場(chǎng)。2.電流強(qiáng)度13.1電流電流密度規(guī)定：正vII=envS為電子的漂移速度大小例：Sn—載流子濃度e—每個(gè)載流子（電子）所帶電量單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體任一橫截面的電量vII=envS為電子的漂移速度大小例：Sn—載流例如：電阻法探礦（圖示）二、電流密度對(duì)大塊導(dǎo)體不僅需用電流強(qiáng)度來(lái)描述，還需建立電流密度的概念，進(jìn)一步描述電流強(qiáng)度的分布。例如：電阻法探礦（圖示）二、電流密度電流密度定義式dIdSPI大塊導(dǎo)體方向//—正電荷在該點(diǎn)的定向移動(dòng)方向。大?。涸擖c(diǎn)處垂直于正電荷運(yùn)動(dòng)方向的單位面積上的電流強(qiáng)度1.電流密度電流場(chǎng)：導(dǎo)體內(nèi)每一點(diǎn)都有自己的電流密度定義式dIdSPI大塊導(dǎo)體方向//—正電荷在該對(duì)任意小面元，對(duì)任意曲面S：dI2.電流密度和電流強(qiáng)度的關(guān)系I通過(guò)某一面積的電流強(qiáng)度是通過(guò)該面積的電流密度的通量。對(duì)任意小面元，對(duì)任意曲面S：dI2.電流密度和電對(duì)任意閉合曲面S：該式表示凈流出封閉面的電流，即單位時(shí)間內(nèi)從封閉面內(nèi)向外流出的正電荷的電量。根據(jù)電荷守恒定律，它應(yīng)等于閉合面內(nèi)電量的減少率，即：—電流的連續(xù)性方程Iq內(nèi)對(duì)任意閉合曲面S：該式表示凈流出封閉面的電流，即單位時(shí)間內(nèi)從一、穩(wěn)恒電流電流場(chǎng)中每一點(diǎn)的電流密度的大小和方向均不隨時(shí)間改變二、穩(wěn)恒條件13.2穩(wěn)恒電流與穩(wěn)恒電場(chǎng)

（穩(wěn)恒電流）若要電流場(chǎng)不隨時(shí)間t

變要求空間電荷分布不隨時(shí)間t

變否則就違反電荷守恒定律了。通過(guò)閉合曲面的電流密度的通量為零。一、穩(wěn)恒電流13.2穩(wěn)恒電流與穩(wěn)恒電場(chǎng)（穩(wěn)恒電流）若由穩(wěn)恒條件可得出幾個(gè)結(jié)論1）對(duì)一段無(wú)分支的穩(wěn)恒電路，其各橫截面的電流強(qiáng)度相等。2）穩(wěn)恒電流的電路必須閉合。3）對(duì)于穩(wěn)恒電流電路的任一節(jié)點(diǎn)，流入、流出節(jié)點(diǎn)的電流強(qiáng)度的代數(shù)和為零?；鶢柣舴虻谝欢梢?guī)定：流出I>0，流入I<0。IiS節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)電流方程)由穩(wěn)恒條件可得出幾個(gè)結(jié)論基爾霍夫第一定律規(guī)定：流入I例：I1I2I3I4I4

－I1－I2－I3＝0例：I1I2I3I4I4－I1－I2－I3＝0歐姆定律的微分形式一段長(zhǎng)度和橫截面分別為的導(dǎo)體兩端的電壓U和沿長(zhǎng)度方向流經(jīng)導(dǎo)體的電流強(qiáng)度I和導(dǎo)體電阻R關(guān)系由歐姆定律表示為：歐姆定律的微分形式----給出了導(dǎo)體中各處的電流密度和該處的電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系。

歐姆定律的微分形式一段長(zhǎng)度和橫截面分別為三、穩(wěn)恒電場(chǎng)

1.穩(wěn)恒電場(chǎng)

1）對(duì)于穩(wěn)恒電路，導(dǎo)體內(nèi)存在電場(chǎng)電場(chǎng)與穩(wěn)恒電流密度的關(guān)系：2）穩(wěn)恒電場(chǎng)由不隨時(shí)間改變的電荷分布產(chǎn)生—

歐姆定律微分形式上式對(duì)非均勻?qū)w非穩(wěn)恒電流也成立三、穩(wěn)恒電場(chǎng)2）穩(wěn)恒電場(chǎng)由不隨時(shí)間改變的電荷分布產(chǎn)生—?dú)W姆2.與靜電場(chǎng)相同之處

1）電場(chǎng)不隨時(shí)間改變

2）滿足高斯定理

3）滿足環(huán)路定理是保守場(chǎng)所以可引入電勢(shì)概念3.與靜電場(chǎng)不同之處

1）穩(wěn)恒電場(chǎng)是由運(yùn)動(dòng)的電荷產(chǎn)生但電荷分布不隨時(shí)間改變

2）穩(wěn)恒電場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作功,故穩(wěn)恒電場(chǎng)的存

在總伴隨著能量的轉(zhuǎn)移(換)2.與靜電場(chǎng)相同之處3.與靜電場(chǎng)不同之處形成穩(wěn)恒電流的條件：靜電場(chǎng)不能形成穩(wěn)恒電流:導(dǎo)體放入電場(chǎng)中由于電荷重新分布必將有瞬時(shí)電流產(chǎn)生。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)為零則電流消失。將帶正負(fù)電荷的兩個(gè)導(dǎo)體、用一條導(dǎo)線連接：在達(dá)到靜電平衡前導(dǎo)體中流過(guò)的電流必然是隨時(shí)改變，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后達(dá)到靜電平衡，沒(méi)有電荷移動(dòng)，電流消失，這樣不可能形成穩(wěn)恒電流。不隨時(shí)間改變的電荷分布產(chǎn)生不隨時(shí)間改變的電場(chǎng)——穩(wěn)恒電場(chǎng)----穩(wěn)恒電流。穩(wěn)恒電場(chǎng)形成穩(wěn)恒電流的條件：靜電場(chǎng)不能形成穩(wěn)恒電流:導(dǎo)體放入電場(chǎng)中由13.3電源電動(dòng)勢(shì)+i▲欲使導(dǎo)線中有穩(wěn)恒電流通過(guò)，就必須把流向低電勢(shì)的（正）電荷不斷地搬回到高電勢(shì)端?！o電場(chǎng)力只能把正電荷由高電勢(shì)移向低電勢(shì)。要把正電荷自低電勢(shì)移到高電勢(shì)，就必須用與靜電力本質(zhì)不同的非靜電力才行。▲把正電荷由低電勢(shì)移到高電勢(shì)的非靜電力的裝置稱(chēng)做電源。13.3電源電動(dòng)勢(shì)+i▲欲使導(dǎo)線中有穩(wěn)恒電流通過(guò)正、負(fù)兩極內(nèi)、外電路引入非靜電力場(chǎng)強(qiáng)：+即單位正電荷所受的非靜電力電源：

提供非靜電力的裝置為維持穩(wěn)恒電流，在電路中必然存在電源Fk—正電荷所受的非靜電力正、負(fù)兩極內(nèi)、外電路引入非靜電力場(chǎng)強(qiáng)：+即單位正電荷所受的非電源(electricalsource)和電動(dòng)勢(shì)(electromotiveforce)描述電源性能的物理量是電動(dòng)勢(shì)電源(electricalsource)和電動(dòng)勢(shì)(elec2.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規(guī)定：電動(dòng)勢(shì)的方向取電源內(nèi)部電勢(shì)升高的方向+若電動(dòng)勢(shì)存在于整個(gè)電流回路L，則即閉合回路的電動(dòng)勢(shì)等于把單位正電荷繞回路移動(dòng)一周時(shí)非靜電力所作的功。2.電動(dòng)勢(shì)規(guī)定：電動(dòng)勢(shì)的方向取電源內(nèi)部電勢(shì)升高的方向+若電εC－I2R2D13.4

含源電路的歐姆定律R1R2εR32。I1I2。APUAP=UA－UP.B=UAB+UBC+UCD+UDP.I31)設(shè)定各電流方向；2)選定行進(jìn)方向；UAP=ε1ε2+電流方向與行進(jìn)方向一致時(shí)，IiRi前為“+”；電動(dòng)勢(shì)方向與行進(jìn)方向一致時(shí)，εi前為“－”。I1R1－3)計(jì)算各電勢(shì)降:所以如圖，UAP

=普遍形式：1εC－I2R2D1