大學(xué)物理 恒定電流

1第11章恒定電流

2目錄§11.1電流和電流密度§11.3歐姆定律電阻§11.2恒定電流和恒定電場§11.4電動勢§11.6電容器的充電和放電§11.5有電動勢的電路§11.7電流的一種經(jīng)典微觀圖象3§11.1電流和電流密度一、電流密度矢量方向：對正載流子，與載流子的運(yùn)動同向；對負(fù)載流子，與載流子的運(yùn)動反向。數(shù)值：單位時間通過單位垂直面積的電量。大塊導(dǎo)體＋－電流密度—描寫大塊導(dǎo)體中電流分布4vDt

=nqDS1、單一載流子2、多種載流子53、金屬—自由電子導(dǎo)電漂移速度：熱運(yùn)動的漂移速度為零。的電子數(shù)密度：速度6二、電流強(qiáng)度dSJS三、電流的連續(xù)性方程dSJ由電荷守恒7§11.2

恒定電流和恒定電場一、恒定電流

(steadycurrent)

在恒定電流導(dǎo)體中的任何地方，一些電荷因流動而離開的同時，另外一些電荷必將移動過來電荷的宏觀分布不隨時間變化穩(wěn)恒條件：8二、基爾霍夫節(jié)點(diǎn)定律（基爾霍夫第一方程）I3I2I1S即對于恒定電流，有流出為正流入為負(fù)在恒定電流情況下，電荷分布不隨時間變化。9

在恒定電流情況下，不隨時間變化的電荷分布所產(chǎn)生的不隨時間變化的電場1、恒定電場服從高斯定理（任何電場都服從高斯定理）三、恒定電場2、恒定電場服從環(huán)流定理（基本假定）恒定電場（基爾霍夫第二方程）10

恒定電流：電荷分布不隨時間變化；磁場恒定—無感應(yīng)電場。由靜止電荷產(chǎn)生—服從環(huán)流定理。如何理解恒定電場？由運(yùn)動電荷或變化的磁場產(chǎn)生—不服從環(huán)流定理。

因此，恒定電場服從環(huán)流定理。產(chǎn)生電場只有兩種方式：

對于恒定電場，電勢和電勢差概念仍然適用。113、恒定電場與靜電場的不同點(diǎn)靜電場：電荷靜止，不激發(fā)磁場靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)維持靜電場不需要能量的轉(zhuǎn)換恒定電場：電荷運(yùn)動，激發(fā)磁場（恒定磁場）導(dǎo)體內(nèi)部恒定電場伴隨能量的轉(zhuǎn)換12§11.3歐姆定律和電阻

對于恒定電流或變化不太快的非恒定情況，金屬或電解液中某點(diǎn)的電流密度矢量與該點(diǎn)的電場強(qiáng)度的關(guān)系為其中s為電導(dǎo)率。

對于電離氣體、半導(dǎo)體，歐姆定律不成立

—伏安特性曲線。13lJEU2U1IS14【例】在恒定電路中兩柱狀金屬導(dǎo)體相接。分析交界面兩側(cè)電流密度和電場的分布。J1J2s1s215恒定電流：電場分布：電場在界面不連續(xù)，【思考】你能算出界面上的電荷嗎？界面上有電荷積累。J1J2s1s2SE2E1++16§11.4電動勢+-+rIR電源恒定電流—靜電場—非靜電場非靜電場，反抗靜電場移動電荷。單位正電荷17

由負(fù)極到正極，電勢（由靜電場產(chǎn)生）升高的方向

把單位正電荷從“－”極移到“＋”極，非靜電場作的功（電源內(nèi)）電源的電動勢：

電動勢的”方向”：e-+18在回路中，沿L由點(diǎn)1到點(diǎn)2的電動勢：

把單位正電荷，沿L由點(diǎn)1移動到點(diǎn)2，非靜電場所作的功。（與路徑有關(guān)）注意：電勢差（電壓，電勢降）的定義（與路徑無關(guān)）靜電場19一、全電路歐姆定律§11.5有電動勢的電路I+-rRL20電流由恒定電場Es

和非靜電場Ene

共同決定恒定電場服從環(huán)路定理：用場的觀點(diǎn)說明：21電動勢得全電路歐姆定律：222、回路定律電動勢符號：與L同向，取負(fù)號與L反向，取正號電流符號：I與L同向，I

取正號I與L反向，I

取負(fù)號二、基爾霍夫（Kirchhoff）

定律1、節(jié)點(diǎn)定律23例如-+rIR回路定律：L§11.6電容器的充電和放電

開關(guān)倒向a,電容器充電。一、電容器的充電過程i→→C+q-q似穩(wěn)電場開關(guān)倒向b,電容器放電。二、電容器的放電過程i→→+q-qC似穩(wěn)電場§11.7電流的一種經(jīng)典微觀圖像