charpt41稳恒电流.ppt

第四章 稳恒电流,电流及电流形成的条件,电荷的规则定向运动形成电流。,传导电流：电荷通过物体、物体表面或液体流过； 运流电流：电子群、离子群或带电体的移动。,传导电流产生的条件：,存在可移动电荷（自由电荷）； 存在电场，U0，或 E0 。 或者非静电力，如电源化学势。,超导体除外，电流一经激发，就可维持。,稳恒电流及其形成的条件,稳恒电流：总电场稳恒不变，电流的流量和流向不 随时间变化的电流。,稳恒电流实现的条件：1）总电场稳恒；2）构成回路,电流方向：规定正电荷的流动方向为电流方向,导体中电流由电子的移动形成，电流总是沿电场方向， 从高电势流向低电势。,电流强度I：单位时间内通过任一横截面的电量。,空气中的直流高压放电图片：,在横截面上各点流过的电量并不相同，需要一个物理量 来描述横截面上各处的电流强弱以及电流方向。,电流密度矢量,电流强度是电流密度的通量，标量，但有方向,电流的连续方程与稳恒条件,电荷守恒： 一闭合曲面内电荷的减少量 = 通过该曲面流出的电荷量,即：电流线的发出和终止，发生在电荷量的变化处。,对于稳恒电流，在外场不变时，要求载流体内的总电场 不随时间变化，则电荷的分布不随时间的变化，因此电 荷产生的电场是稳恒电场。这时虽有电荷的流动，但净 电荷的宏观分布不随时间变化。因此它们服从静电场的 基本规律，如高斯定理、环路定理等。但是，导体在静 电场中的平衡条件，以及由此而导出的某些结论将不再 适用，如：有电流通过的导体将不再是等势体。,由于散度为零，电流线不能有起止点，因此，稳恒电流 的通道（电路）只能是闭合的。 1）电流线不会与导体相交，只能与导体壁平行或相切。 2）稳恒电流通过电路（无分支电路）的、任一横截面 的电流强度相等。,稳恒电场有,可引入“电压”,欧姆定律及其微分形式,欧姆定律,电阻率, 电阻率（欧姆 米）,I = GU G 电导（西门子）,欧姆定律的微分形式,沿电流管取一小圆柱体，长l，,由欧姆定律,故,取极限,电流方向与该处电场方向一致：,欧姆定律的微分形式,垂直截面S，电势差U，电流I ,焦耳定律,电炉通电流 I ，电场做功，电势能转换成其它形式能（热能）。,电场力的功：,电功率：,热量, 焦耳定律,热力学第一定律， A 内能 Q ， “热功转换”,热功率：,热功率密度：单位体积内的热功率。,沿电流管取一小柱体，长l，截面S，电流I , 如图。,由,则,金属导电的经典解释,（1）导体中无电场（亦无电子数密度梯度、温度梯度或其 它可使电子宏观运动的因素）时，电子作无规则热运动，热运动平均速率为：,k = 1.3806505(24) 1023 J/K,电子作热运动，电子与晶格（原子实）碰撞、散射，其路 径是曲折 的。（电阻）,（2）加外电场后： 自由电子速度 = 原来的速度 + 附加定向速度,穿过任一截面的电流均值为零，即,附加定向速度平均值称为漂移速度，形成宏观电流，设为,平均碰撞周期 平均碰撞频率 平均自由程 平均速率,设电子散射速度4 空间几率均布，则初始时：,而下一次碰撞前：,而,自由电子加速度：,一个平均自由程内，电子的平均漂移速度,沿电流管取一圆柱体, 如图, 截面 S, 长 l = u t , 电流 I,则 q = - neutS I = neuS j = neu,考虑方向,或,比较,得,（ 电阻率，T温度，这一矛盾待用量子论解释）,电子热运动平均速率：,讨论：,电子漂移速度：,常温下：,【例题】:,铜中电流密度 j = 2.4A/mm2 = 2.4106A/m2,自由电子数密度 n = 8.41028m-3,则漂移速度,【讨论】: 电阻及其发热的微观解释。,电压电子加速碰撞晶格 原子热运动加剧、升温。,稳恒电路中电荷与静电场的作用,净电荷只分布在导体表面、导体内不均匀处以及电极处。,假定电力线与导体表面不平行，则电场与 导体表面垂直的分量，将使电荷向导体表面 堆积，堆积的电荷形成与 反向的电场，最终 达到平衡，电场只剩下与导体表面平行的分量。,稳恒时，电力线和电流线必须与导体表面平行；