9.1恒定基础电流

第9章恒定磁场9.1恒定电流金属导体和气体：电子1.电流的形成9.1.1中学物理知识回顾与拓展（1）载流子电流是电荷的定向运动形成的。存在可以自由移动的电荷;存在电场.(超导体除外)（2）传导电流、运流电流运流电流:由带电物体作机械运动形成电流.如气体放电，带电圆盘转动。p型和n型半导体:电子和“空穴”电解液：正、负离子S2.电流的描述电流:描写电流强弱的物理量.

定义:单位时间内通过导体任一截面的电量。

单位：安培，(A)

电流是标量。有正、负之分，是代数量。

只能描述通过导体中某一截面上电流的整体特征。不能描述导体中每一点电流的情况。

习惯上把正载流子的流动方向代表电流的方向。导体中电流的方向总是沿着电场方向,从高电势处指向低电势处.

地质勘探地面ABIS3S2S1电流密度:描述导体中各点电流分布的物理量.大小:等于单位时间通过该点附近垂直于正电荷运动方向的单位面积的电量.1.定义:9.1.2电流密度方向:导体中任意一点电流密度j的方向为该点正电荷运动的方向.导体内取一面元通过导体中任一曲面S的电流I为,与电通量比较，I与j的关系也是一个通量与其矢量场的关系。在有电流的导体中，每一点都具有一定大小和方向的电流密度矢量，构成了矢量场，称为电流场。→

由电流线围成的管状区域称为电流管。恒定条件下，通过同一电流管任一横截面的电流相等。引入电流线形象地描述电流场中电流的分布，规定曲线上每点的切线方向都与该点的电流密度矢量的方向相同。通常所说的电流分布实际上是指电流密度的分布，而“电流”的强弱和方向在严格的意义上应该是指“电流密度”的大小和方向。单位:安培每平方米,(A/m2).I只描写电流通过某一截面的整体情况,

是描写导体内各点电流分布情况的.2.电流密度与载流子漂移速度的关系已知n,q,,,取一面积元dS，电荷dt时间内通过路程柱体的体积为导体中电流密度大小为

电荷守恒实质：通过闭合面向外净流出的电量闭合面内电量的减少量单位时间=单位时间3.电流的连续性方程

导体内任取一闭合曲面S，单位时间由闭合曲面S内流出的电量，必定等于在同一时间内闭合曲面S所包围的电量的减少。以体电荷形式分布

微分形式恒定电流：电流场不随时间变化的电流。

恒定电流场中过任意闭合曲面的电流必等于零。电流线从某处穿入必从另一处穿出。恒定电流场的电流线必定是头尾相接的闭合曲线。恒定电流条件的积分形式恒定电流条件的微分形式4.恒定电流条件恒定电场:由分布不随时间变化的电荷所激发的电场.

对于恒定电场，电势和电势差概念仍然适用静电场恒定电场电荷分布不随时间改变但有定向移动电场是保守场场源电荷始终静止电场是保守场静电平衡时，导体内电场为零，导体是等势体导体内恒定电场，导体内任意两点不等势维持静电场不需要能量的转换恒定电场的存在总要伴随着能量的转换不激发磁场激发磁场恒定电场与静电场的异同点电路中分叉点称为节点，一个节点可以和若干支路连接。对于恒定电流电路中导线汇合的节点,任取一闭合曲面,则有设置外法线为正方向，流出节点为正值，流入节点为负值，节点电流定律此式为节点电流方程—基尔霍夫第一方程物理知识应用案例流出节点电流等于流入节点电流例13.1（1）有根半径R=1.9mm，流着电流I=1.5A,单位体积内的电子数n=8.47×1028/m3的铜导线,求电流密度j和电子漂移速率。（2）有根硅制成的半导体导线,电流密度j=0.65A/cm2,其电子密度n=1.5×1023/m3,求电子的漂移速率。（2）解：（1）9.1.3欧姆定律及其微分形式

电阻OUI线性伏安特性OUI真空二极管1.中学物理知识回顾线性器件:金属和电解液导体的电阻称为线性电阻或欧姆电阻。伏安特性曲线：以电势差U作横坐标电流I作纵坐标。电阻定义为两端电势差与电流之比电导率电阻(欧姆，

)(·m)电导：(西门子，s)一般情况：导体材料电阻率决定于材料自身性质。金属材料的电阻率为:

=

0(1+

t)，

为电阻温度系数。电阻计算方法:电阻率【例9-2】如图，一截圆锥体是用电阻率为ρ的材料制成的，长度为l，两端面的半径分别为r1和r2。试计算此截圆锥体两端之间的电阻。解：利用

有所以纯金属线膨胀系数要小得多，可忽略其长度和截面积变化，利用R=R0(1+t)，可制成电阻温度计。电阻的微观解释:电子在导体中运动时要与晶格碰撞，电阻是其宏观反映。某些材料电阻率在其特定温度TC以下减小到接近零的现象称为超导现象。处超导状态的材料为超导体(superconductor)

。超导体还具有其它一些独特的物理性质。常用电阻温度计有：铜电阻温度计(-50℃150℃)

铂电阻温度计(-200℃500℃)。2.欧姆定律的微分形式

取长

l截面积

S的细电流管，根据欧姆定律：

I=

U/R而I=j

S，

U=E

l，R=

l/γ

S，得

反映金属导体中任意一点上j与E之间的关系。适用于恒定电流的情形和变化的电流场。欧姆定律的微分形式：例9-3当大的电力系统发生接地短路时，由于流入大地的电流较

大，有可能危及人、畜的安全。因此，常在大的电力系统附近划出一定范围禁止人、畜入内。划定此范围的根据是跨步电压。所谓某一点A的跨步电压是指由该点向着接地点O相隔一步远的两点间的电压。如图所示，设入地电流为I，土壤的电导率为，跨步长为b，从禁区边缘到接地点O的距离为L，求跨步电压。物理知识应用案例：跨步电压解9.1.4焦耳-楞次定律的微分形式在电路中电场力作的功称为电流的功或电功。单位：焦耳，J对线性和非线性电路都适用。只适用于线性电路。非电阻性电路