稳恒电流的基本概念.ppt

1,大学物理-2 (University Physics - II),主讲：黄德财,南京理工大学应用物理系, Keywrods: njustup,2,第四篇 电磁学,第五篇 光学,第六篇 近代物理学基础,第10章 真空中的稳恒磁场 第11章 磁场中磁介质 第12章 电磁感应 第13章 麦克斯韦方程组 电磁波,第14章 光的干涉 第15章 光的衍射 第16章 光的偏振,第17章 狭义相对论基础 第18章 量子光学基础 第19章 原子的量子理论,20学时,12学时,20学时,52+4=56学时,9.28-12.21,3,第十章 真空中的稳恒磁场,4,10-1 稳恒电流的基本概念,电流的形成条件,(1) “载流子”； (2)存在电场或两端有电势差,电流的分类,(1) 传导电流-导体中大量电子在 电场的作用下有规则的移动。 (2) 离子电流-正负离子在电场的 作用下有规则的移动。 (3) 空穴电流 - P型半导体 (4) 位移电流,5,一 电流和电流密度,(1)电流强度(Current Intensity- I) 单位时间内通过导体上任一截面 的电荷量。,vd为电荷的定向速度大小。,SI单位: 1库仑/秒=1安培(A),电荷的定向移动,(3) 电流的方向性,(2) 瞬时电流,1 电流,电流是标量。 规定正电荷沿导线前行 的方向为正方向。,宏观,6,2 电流密度,大小：等于在单位时间内通过与该点正电荷运动方向垂直的单位面积的电流。记为,(1)电流密度( j -Current Density),方向：沿正电荷运动的方向。,SI单位:,微观,积分关系,微分关系,7,(2) 电流线,形象反映导体中电流的分布,大小：疏密度 方向：正电荷的运动方向,8,二 稳恒电流和稳恒电场,1 稳恒电流 (Steady Current),电流连续性方程,导体,电荷守恒定律：单位时间内通过闭合曲面向外流出的电荷，等于此时间内闭合曲面里电荷的减少量。,(1)若闭合曲面S内有正电荷的积累， 即流入面S内的电荷量多于从S 面内流出的电荷量。,(2)若有负电荷的积累，,9,稳恒电流,对于稳恒电流来说，闭合曲面S内的电荷不随时间变化。,稳恒电流是指通过导体中任一截面的电流的大小和方向都不随时间变化的电流。,稳恒电流 (Steady Current),积分,10,稳恒电场是指不随时间变化的电荷分布所产生的不随时间变化的电场。,2 稳恒电场 (Steady Electric Field),a、稳恒电场服从高斯定理（任何电场都服从高斯定理）,b、稳恒电场服从环流定理。,(1) 稳恒电场与静电场相同点,c、推论：静电场中的电势、电压等概念也均适用稳恒电场。,11,稳恒电场是指不随时间变化的电荷分布所产生的不随时间变化的电场。,(2) 稳恒电场与静电场,不同点,静电场,电荷静止，不激发磁场,静电平衡导体内部场强,维持静电场不需要能量的转换,恒定电场,电荷运动，激发磁场（恒定磁场）,导体内部恒定电场,伴随能量的转换,12,一段导体电路的欧姆定律,电阻,(3) 欧姆定律的微分形式,其中：为电阻率，为电导率。,单位：欧姆米(m)；单位：西门子/米(S/m),13,欧姆定律的微分形式：,微分形式, 电阻率， 电导率,14,欧姆定律的微分形式,对于稳恒电流或变化不太快的非恒定情况，金属或电解液中某点的电流密度矢量与该点的电场强度的关系为：,对于电离气体、半导体，欧姆定律不成立 - 伏安特性曲线,15,例 在恒定电路中两柱状金属导体相接。 分析交界面两侧电流密度和电场的分布。,16,稳恒电流：,电场分布：,电场在界面不连续，,思考:你能算出界面上的电荷吗？,界面上有电荷积累。,17,三 电源和电动势,18,+,1 电源,非静电力,电源：能提供非静电力以把其它形式的能量转化为电能的 装置。,化学电池（化学能-电能） 、水力发电（机械能-电能）等,19,电源电动势：在电源内部(内电路)，把单位正电荷从“”极移到“”极，非静电场作的功。,单位正电荷,2 电源的电动势,非静电力：,非静电场的场强,采用场的概念，可以把非静电力的作用等效为“非静电场”，其性质由“非静电电场强度”来描述。,20,电动势的正方向： 由负极到正极，沿电势（由静电场产生） 升高的方向。,（电源内）,电源的电动势：在电源内部(内电路)，把单位正电荷从“”极移到“”极，非静电场作的功。,21,非静电场可以存在整个回路中，则正电荷沿L由点1到点2，非静电场的电动势：,Ak - 就是把单位正电荷，沿L由点1移动到点2，非静电场所作的功。,（与路径有关）- 待续,注意：电势差（电压）的定义。,L,1,2,静电场,22,例1 金属导体中的传导电流是由大量电子的定向漂移运动形成的，自由电子除无规则热运动外，在电场影响下，将沿着电场强度E的反方向漂移。设电子电荷量的绝对值为e，电子的“漂移”速度的平局值为 ，单位体积内自由电子数为n。试证明电流密度的数值为 。,ds,-,解,以ds为底，以vt为高作一小圆柱体，ds的法线与电场方向平行。,t时间内小圆柱体内的电子数即为t时间内通过面ds的自由电子数，则,电流密度,电子的漂移速度与电场成正比,23,电流密度：,例：一铜导线单位体积内的自由电子数 n=8.51028/m3。 设 j =200104A/m2，求其漂移速度。,由此可见，自由电子的漂移速度是比较慢的。,24,例