【医用物理学课件】电流电路

第七章电流与电路171电流密度1电流载流子金属中的电子电解质溶液中的正、负离子一、电流电流密度产生电荷在电场的作用下作定向移动。电流强度单位时间内通过导体某一横截面积的电量电势差（即电场）条件2一、电流电流密度方向为该点的电场方向SJE若有多种载流子参与导电,总电流密度2电流密度矢量）描述电流分布线）大小通过垂直于电流方向单位面积的电流强度或T时间内通过截面S的载流子3例题一直径为1MM的银导线在1小时15分钟内通过了的电荷，已知1M3的银含有581028个自由电子。求1、导线上的电流强度；2、导线中电子的漂移速度。解4二、欧姆定律的微分形式1欧姆定律和电阻定律LEUJ电导率1/单位SM12欧姆定律的微分形式（电流密度与场强的关系）电导G1/R单位西门子（S）电阻单位欧姆电阻率单位电阻率与温度的关系写作矢量式5例题直径为D，长为L的粗细均匀的导体两端的电压为U，当D，L不变，U增至2倍，则导体中电子的平均漂移速度将_。解增至2倍6三、电解质的导电漂移速度当离子受到的外电场力等于阻力时，这时定向移动的速度稳定电解质中电流是由正负离子漂移产生的，总电流密度等于正负离子的电流密度之和。摩擦系数迁移率漂移速度上式表示正，负离子的漂移速度相当于电解质溶液的电导率载流子价数7四、电泳滤纸电极电极缓冲液沿电泳池距离浓度球蛋白球蛋白血纤维蛋白原球蛋白血清白蛋白1电泳悬浮或溶解在电解质溶液中的带电微粒在外电场作用下迁移的现象。2应用据，迁移速度不同，距离可逐渐拉开，烘干染色。微粒可以是细胞，病毒，球蛋白分子等，它们的迁移速度一般不同。研究其在电场作用下的迁移率，以便将样本中的不同成分分开人体血浆的电泳曲线电泳装置8电泳技术的物理原理电泳技术就是利用人体血浆中的多种蛋白质在电场力的作用下，由于质量不同，体积不同，带电量不同因而迁移速度不一样的现象，来达到电泳分离人体血浆中多种蛋白质的目的。本节课的主要公式972电路的基本定律两给定点之间的电势差等于两点之间的各个分段的电势增量之和，在闭合电路中沿闭合回路环绕一周时，各分段电势增量的代数和等于零。RBAIRIAIRUBAAUAUAUBARRABUBIRIRA外电路电源内部一、含源电路欧姆定律1全电路欧姆定律电势增加为正，降低为负10一、含源电路欧姆定律绕行方向选择闭合回路可以任意假定绕行方向；求UAB应按B点到A点的绕行方向。R2R1CABD1，R12，R2I2一段含源电路的欧姆定律符号原则符号原则电势升高为“”，电势降低为“”。电阻R中电流方向与选定的绕行方向相反，电势升高，增量电源从负极到正极与绕行方向相同，电势升高，增量11一、含源电路欧姆定律求UABUABUAUB3I2R3I2R22I2R21I1R1I1R1（123）（I1R1I1R1I2R2I2R2I2R3）IIIRII1ACDBR2R3R1I2I31，R12，R23，R3一段含源电路的欧姆定律由B往A看12例题在下图中,已知电源120V、240V,它们的内阻R110、R220,电阻R130、R220,求1电路中的电流2电源两端的电势差UAD3电源两端的电势差UABR2R1CABD1，R12，R2I解13二、基尔霍夫定律I01基尔霍夫第一定律（节点电流定律）BR3R1R4R2RCADI1I3I2I4IR5I5对节点A对节点B对节点CII1I20V符号策略通常流进节点取正值，流出节点取负值。II3I40I1I3I50对节点DI2I5I40节点三条或三条以上通电支路的汇合点。节点电流定律即流入节点的电流之和应等于流出该点的电流之和。若电路中有N个节点，可列N1个独立方程。142基尔霍夫第二定律（回路电压定律）IR0沿任一闭合回路电势增量的代数和为零。BR3R1R4R2RCADI1I3I2I4IR5I5若电路中有M个独立回路，可列M个独立方程对回路ACDA顺时针绕行I1R1I5R5I2R20对回路CBDC顺时针绕行I3R3I4R4I5R50对回路ADBA顺时针绕行I1R1I3R3IR0（一般选单孔回路即可）。15二、基尔霍夫定律判定最大独立方程数，若复杂电路由P条支路组成，则所能列出的独立方程数不能多于P；支路数PMN1任意假定各支路的电流方向，列出N1个独立节点电流方程；由于节点电流方程简单，故一般应列全部节点的电流方程看未知量个数，补充回路电压方程，列回路电压方程时，应尽量选简单回路；最多可列M个独立回路方程建立每个独立方程时，必须包含新的未知量，对上述方程联立求解，根据所得电流的正负值来判断电流实际方向。解题规律及步骤16例题1如图所示的电路是由两个直流电源并联给一个负载电阻RL供电的情况，设14V,26V,R11,R215，RL10，试求I1,I2,IL。DBFR1R2RL12I1I2ILACEI1I2IL0回路DCABD逆时针方向回路ABFEA顺时针方向1I1R1I2R220I2R22ILRL0代入已知条件并求解得I1053A,I2098A，IL045A解对节点A17例题2如图所示的电路中已知120V，R1R2R31，R16，R24，R32，I11A，I32A，求I2，2，3。23I1I3I2R1R2R31解设两未知电源极性如图所示,由基尔霍夫定律得代入数据，联立解得对上回路逆时针绕行对下回路逆时针绕行182基尔霍夫第二定律（回路电压定律）IR0I01基尔霍夫第一定律（节点电流定律）上次课的主要内容1973电容器的充放电R2R1CK12II一、电容器的充电一、电容器的充电在电容器充电的过程中，电容器两极板之间的电压随时间按指数规律上升，而充电电流则按指数规律衰减。解方程得在回路，取逆时针绕行，20UC120631T2一、电容器的充电当TRC时定义时间常数RC时间常数是一个反映充电快慢的物理量，越大，则变化越慢，越小，则变化越快。I/RT037/RT063UC21例题1000的电阻和1F的电容器串接到100V的直流电源上，问（1）电容器上最后的电荷是多少（2）电路接通至T时，电容器上的电荷是多少RRCK12II解（2）由充电方程（1）电容器上最后的电压等于电动势22R2R1CK12II二、电容器的放电I/RT037/RUCT03723充电过程充电过程放电过程放电过程通过充放电过程得知电容器两端的电压不会突变。24如图所示的RC电路中，求（1）电容器充电和放电的时间常数；（2）充电过程中，当T，2，5时，电容器两端的电压各是多少1K10K5FK1210VII解例题（2）充电过程中，当T，2，5时，电容器两端的电压分别为（1）当K接1时，电容器充电，充电时间常数当K接2时，电容器放电，放电时间常数2574示波器一、示波管的结构和作用电子源焦聚偏转HKGA1A2D1D2D4D3导电石墨层W1W2高压电源K阴极G控制栅极A1第一阳极A2第二阳极H加热灯丝D1、D2垂直偏转板D3、D4水平偏转板荧光屏示波管由荧光屏、电子枪、偏转板三部分组成A1A2A1SSA226一、示波管的结构和作用（1）荧光屏（余晖时间）示波管（2）电子枪灯丝（H）阴极（K）产生大量热电子控制栅极（G）电位比阴极低控制飞往荧光屏的电子数目。（辉度旋钮）第一阳极（A1）第二阳极（A2）A1的电压可改变圆筒内的非匀强电场（聚焦旋钮）加速、聚焦电子（3）两对偏转板垂直偏转板（D1,D2）YKYUY水平偏转板（D3,D4）XKXUX（垂直位移旋钮）（水平位移旋钮）27二、示波原理1在D3,D4上不加扫描电压，在D1,D2上加待测电压信号2D1,D2上不加信号，D3,D4上加锯齿波电压信号水平扫描线为待测信号提供了一个“时间轴”3在D1,D2上加待测电压信号，D3,D4上加锯齿波扫描信号光点上下移动，呈现一条垂直线段只接待测信号，波形无法展开012345678T0T1T2T3T4T5T6T7T8T0T2T3T5T7T8T1T4T6D4D1D3D2T水平偏转板加锯齿波垂直偏转板加正弦波显示波形波形稳定，扫描频率和待测信号频率成简单整数倍关系28三、示波器的基本组成示波管D4D2D3D1水平放大器垂直放大器垂直输入内同步1同步装置锯齿波发生器水平输入221外同步示波管显示待测信号。垂直放大器放大待测信号。锯齿波发生器产生锯齿波的振荡电路。水平放大器放大锯齿波电压。同步电路使待测信号和锯齿波信号频率成整数倍关系。29四、心电示波器导联线导联选择器前置放大器垂直直流放大器水平直流放大器慢速锯齿波发生器示波管D4D2D3D13075电流对人体的作用对整个人体来说，人体的导电性可以当作一个漏电的电容器。1、人体的直流电阻人体组织液中含有大量的正负离子（钠、钾、钙）和带电粒子，这些就是人体导电的载流子。组织的导电性决定于含水量和相对密度。含水量大、密度小导电性能好，含水量小、密度大导电性能差。2、细胞和组织的阻抗细胞的直流电阻很大，电流几乎不能通过。细胞的交流电阻相对较小，随频率的增加而减小。由P183页表72可得人体阻抗呈容性。膜电阻R膜电容C细胞等效电路一、人体的导电特性一、人体的导电特性31一、人体的导电特性3、皮肤阻抗人体的皮肤由表皮、真皮、皮下组织三部分组成。皮肤的干湿度对皮肤的阻抗影响很大。由于人体的容性特征，皮肤对交流电的阻抗小。直流电对人体的作用人体内组织液中的正负离子在电场力的作用下作定向移动,而离子的移动又将产生各种物理和化学变化,引起生理作用二、直流电对人体的作用二、直流电对人体的作用离子透入利用直流电把药物从皮肤引入机体内。电解作用改变人体组织的酸碱度。改变离子浓度改变离子的分布，产生离子堆积。32三、低频电的作用心脏起搏器低频脉冲电流的作用兴奋神经肌肉组织，产生刺激作用。ITTTU心脏起搏器产生一定形式的电脉冲刺激心脏，使心脏按一定频率有效收缩的电子仪器。脉冲发生器控制器电极电极放大器QRS波刺激脉冲采集QRS波放大与固定频率比较触发脉冲发生器33四、高频电疗和高频电刀1高频电疗在高频电的作用下，机体的离子发生振动，离子之间相互摩擦、离子与周围媒质相互摩擦，结果产生大量的热量；另外组织中的一些分子或分子中的电荷