电流 电流密度.ppt

大学物理学电子教案 长江大学教学课件 电流 电动势 绪言7 1电流电流密度7 2电源电动势 静止电荷 静电场运动电荷 电场 磁场稳恒电流产生的磁场不随时间变化 稳恒磁场 第七章 恒定磁场 绪论 一 磁现象及其规律 磁性天然磁石和人工磁铁吸收铁 Fe 钴 Co 镍 Ni 的性质 磁体 具有磁性的物体永久磁体 长期保持磁性的物体磁极条形磁铁两端磁性最强的部分在水平面内自由转动的条形磁铁 在平衡时总是指向南北方向的 分别称为磁铁的两极 N S 不存在磁单极磁力 磁体之间的相互作用 同极相斥 异极相吸 磁针和磁针 二 电流的磁效应 载流导线与载流导线的相互作用 在磁场中运动的电荷受到的磁力 磁铁与载流导线的相互作用 电流的磁效应 奥斯特 HansChristanOersted 1777 1851 丹麦物理学家 发现了电流对磁针的作用 从而导致了19世纪中叶电磁理论的统一和发展 运动电荷还要激发磁场 运动的电荷在电磁场中将受到磁场力的作用 一切磁现象起源于电荷的运动 磁场力就是运动电荷之间的一种相互作用力 小结 内容 描述磁场的基本物理量 磁感应强度电流磁场的基本方程 Biot savart定律磁场性质的基本方程 高斯定理与安培环路定理磁场对电流与运动电荷的作用 Lorentz力 Ampere力 静电场中的导体处于静电平衡时 其内部的场强为零 内部没有电荷作定向的宏观运动 如果把导体接在电源的两极上 则导体内任意两点之间将维持恒定的电势差 在导体内维持一个电场 导体内的电荷在电场力的作用下作宏观的定向运动 形成电流 7 1恒定电流 1 电流电流密度 一 电流 1 形成电流的条件 在导体内有可以自由移动的电荷 载流子 在半导体中是电子或空穴在金属中是电子在电解质溶液中是离子在导体内要维持一个电场 或者说在导体两端要存在有电势差 2 电流的方向 正电荷移动的方向定义为电流的方向电流的方向与自由电子移动的方向是相反的 3 电流强度 单位时间内通过任一截面S的电量 叫做电流强度是表示电流强弱的物理量 是标量 用I表示 单位 库仑 秒 安培 国际单位制基本量毫安 mA 微安 A 二 电流密度 1 引入电流密度的必要性 描述电流分布的物理量 电流密度 2 定义 电流密度矢量的方向为空间某点处正电荷的运动方向 它的大小等于单位时间内该点附近垂直与电荷运动方向的单位截面上所通过的电量 大小 单位时间内过该点且垂直于正电荷运动方向的单位面积的电荷 通过任意截面的电流 n 导体中自由电子的数密度e 电子的电量vd 假定每个电子的漂移速度在时间间隔dt内 长为dl vddt 横截面积为S的圆柱体内的自由电子都要通过横截面积S 所以此圆柱体内的自由电子数为nSvddt 电量为dq neSvddt通过此导体的电流强度为 3 电流和电流密度与电子漂移速度的关系 三 电流的连续性方程恒定电流条件 根据电荷守恒定律 在单位时间内通过闭合曲面向外流出的电荷 等于此闭合曲面内单位时间所减少的电荷 1 电流的连续性方程 对于任意一个闭合曲面 在单位时间内从闭合曲面向外流出的电荷 即通过闭合曲面向外的总电流为 电流的连续性 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 电流连续性方程 2 恒定电流条件电荷不随时间变化 电流线连续地穿过闭合曲面包围的体积 稳恒电流的电流线不可能在任何地方中断 永远是连续的曲线 当导体中任意闭合曲面满足上式时 闭合曲面内没有电荷被积累起来 此时通过导体截面的电流是恒定的 恒定电流的条件 1 稳恒电流的电路必须是闭合的 2 导体表面电流密度矢量无法向分量 7 2电源电动势 一 电源 1 电源在导体中有稳恒电流流动就不能单靠静电力 必须有非静电力把正电荷从负极板搬到正极板才能在导体两端维持有稳恒的电势差 这种能够提供非静电力的装置叫作电源 电源的作用是把其它形式的能量转变为电能 2 电源的种类电解电池 蓄电池 化学能 电能光电池 光能 电能发电机 机械能 电能 静电力欲使正电荷从高电位到低电位 非静电力欲使正电荷从低电位到高电位 3 电源的表示法电势高的地方为正极 电势低的地方为负极 电源内部电流从负极板到正极板叫内电路电源外部电流从正极板到负极板叫外电路 二 电动势 1 引入为了表述不同电源转化能量的能力 引入了电源电动势这一物理量 2 定义把单位正电荷绕闭合回路一周时 电源非静电力做的功定义为电源的电动势 单位 焦耳 库仑 伏特 因为电源外部没有非静电力 所以可写为 电源电动势的大小等于把单位正电荷从负极经电源内部移到正极时非静电力所作的功 3 计算 4 说明 电动势是标量 但有方向 其方向为电源内部电势升高的方向 即从负极经电源内部到正极的方向为电动势的方向 电动势的大小只取决于电源本身的性质 而与外电路无关 电动势的单位为伏特 电源内部也有电阻 称为内阻 电源两极之间的电势差称为路端电压 与电源的电动势是不同的 补充 全电路欧姆定律 一 一段含源电路的欧姆定律 放电时 充电时 二 闭合电路的欧姆定律 闭合电路中电源电动势与总电阻之比等于电路中的电流 这就是全电路的欧姆定律 电源的端电压 电势降落的情况如右图所示 例如图所示 电源电动势e1 2V e2 4V 外电阻R1 R2 2W R3 6W 求 1 电路中的电流为多少 2 A B C相邻两点间的电势降为多少 解 1 电动势e2 e1 所以电路中的电流方向为逆时针 从图中A点出发 沿逆