第三章稳恒电流 研究问题: 导体中稳恒电流的形成、规律以及直流电路的计算 教学要求 (1)掌握电流的稳恒条件和导电规律。掌握电流的连续性方 程,了解欧姆定律、焦耳定律的微分形式及意义; (2)了解金属导电的微观机制。 (3)掌握电源电动势的概念和含源电路的欧姆定律,能够熟练 计算简单和复杂电路的电流分布及有关问题 (4)清楚电桥、电位差计的工作原理,了解温差电现象及应 用
第三章 稳恒电流 （1）掌握电流的稳恒条件和导电规律。掌握电流的连续性方 程，了解欧姆定律、焦耳定律的微分形式及意义； （2）了解金属导电的微观机制。 （3）掌握电源电动势的概念和含源电路的欧姆定律，能够熟练 计算简单和复杂电路的电流分布及有关问题； （4）清楚电桥、电位差计的工作原理，了解温差电现象及应 用。 研究问题： 导体中稳恒电流的形成、规律以及直流电路的计算。 教学要求：
第三章稳恒电流 s3.1稳恒电流的闭合性 §32欧姆定律 §3.3固体导电机理 s34电动势和全电路欧姆定律 §3.5电路定理
第三章 稳恒电流 §3.1 稳恒电流的闭合性 §3.2 欧姆定律 §3.3 固体导电机理 §3.4 电动势和全电路欧姆定律 §3.5 电路定理
§3.1稳恒电流的闭合性 电流的形成 电流和电流密度 电流的连续性方程 稳恒电流的闭合性 思考题和习题
§3.1 稳恒电流的闭合性 • 电流的形成 • 电流和电流密度 • 电流的连续性方程 稳恒电流的闭合性 • 思考题和习题
电流的形成 电流的形成:大量电荷的定向运动形成电流。(漂移运动) 形成电流的条件: 1)存在可以自由运动的电荷(载流子)。 2)存在迫使电荷作定向运动的某种作用。 电流的效应:热效应、磁效应、化学效应、机械效应等 说明 (1)传导电流—金属和电解质导电时,其内部是电中 性的,这种电流称之为传导电流 (2)对流电流—如电子管中的电流
电流的形成 电流的形成：大量电荷的定向运动形成电流。（漂移运动） 形成电流的条件： （1） 存在可以自由运动的电荷（载流子）。 （2） 存在迫使电荷作定向运动的某种作用。 电流的效应：热效应、磁效应、化学效应、机械效应等。 说明： （1） 传导电流——金属和电解质导电时，其内部是电中 性的，这种电流称之为传导电流； （2） 对流电流——如电子管中的电流
电流和电流密度 电流强度: 定义.r△Q (1A=1C/s) 意义:描述导线中电流强弱的物理量。标量 电流密度矢量: 定义:d 意义:细致描述电流分布的物理量。矢量。 微观量表示:f=Nql
电流和电流密度 电流强度： 定义： （1A=1C/s） 意义：描述导线中电流强弱的物理量。标量。 电流密度矢量： 定义： 意义：细致描述电流分布的物理量。矢量。 微观量表示： t Q I = dI j dS = j Nqu =
电流和电流密度 电流密度和电流强度的关系 j eas 个矢量场和它的通量的关系 通过任意曲面的电流反映的是单位时间内通过某一曲面 的总电量,而电流密度则反映了空间各点电流的分布情况。 电流线: 形象地描述空间各点电流密度的分布情况。电流线上每 点的切线方向与该点电流密度的方向相同,电流线的疏密 程度代表电流密度的大小
电流和电流密度 电流密度和电流强度的关系： 一个矢量场和它的通量的关系。 通过任意曲面的电流反映的是单位时间内通过某一曲面 的总电量，而电流密度则反映了空间各点电流的分布情况。 电流线： 形象地描述空间各点电流密度的分布情况。电流线上每 一点的切线方向与该点电流密度的方向相同，电流线的疏密 程度代表电流密度的大小。 = = S S I j dS j cosdS
电流的连续性方程 表达式57△= 意义: (1)流出闭合面S的电流I等于S面内部总电荷量的变 化率的负值。—电荷守恒定律的数学表述 2)电流场是有源场。电流线是发出或终止于电荷 密度发生变化的地方
电流的连续性方程 表达式： 意义： （1）流出闭合面S的电流I等于S面内部总电荷量的变 化率的负值。——电荷守恒定律的数学表述。 （2）电流场是有源场。电流线是发出或终止于电荷 密度发生变化的地方。 = − S dt dq j dS
电流的连续性方程 稳恒电流—空间电流分布不随时间变化的电流。 稳恒电流的基本性质 (1)空间各点的电荷分布不随时间变化。 2)电流线闭合。 3)空间各处电场不随时间变化,电场能量也不随时间变化 (4)稳恒电流电场必须由电源的非静电力维持, 电源向电场提供能量,电场对电流作功消耗能量, 电场在能量转换过程中起了媒介作用
电流的连续性方程 稳恒电流——空间电流分布不随时间变化的电流。 稳恒电流的基本性质—— （1） 空间各点的电荷分布不随时间变化。 （2） 电流线闭合。 （3） 空间各处电场不随时间变化，电场能量也不随时间变化。 (4） 稳恒电流电场必须由电源的非静电力维持， 电源向电场提供能量，电场对电流作功消耗能量， 电场在能量转换过程中起了媒介作用
电流的连续性方程 稳恒电场与静电场的比较一 )场源 静电场由静止电荷所激发, 稳恒电场由空间分布不随时间变化的电荷激发 (2)场的基本性质: 稳恒电流电场仍为有源无旋场,遵守静电场的两个基本方程 3)区别: 对于稳恒电流电场,导体不再一定是等势体 (金属导体内部的场强与电流密度有关) 而在静电平衡时,导体内部电场为零,导体为等势体
电流的连续性方程 稳恒电场与静电场的比较—— （1）场源： 静电场由静止电荷所激发， 稳恒电场由空间分布不随时间变化的电荷激发； （2）场的基本性质： 稳恒电流电场仍为有源无旋场，遵守静电场的两个基本方程 （3）区别： 对于稳恒电流电场，导体不再一定是等势体。 （金属导体内部的场强与电流密度有关）， 而在静电平衡时，导体内部电场为零，导体为等势体
思考题: 若导体内部有电流,即导体内部电流密度不为零, 导体内部电荷体密度是否一定也不等于零?在电中性 的导体中能否有电流? ·通过某一截面的电流强度为零,截面上的电流密度是 否必为零?反之如何 在电解液中,正负离子均可运动导电,此时的电流密 度将如何描写? 设通过铜导线的电流密度j=24Amm2铜的自由电子密 度为84×1028/m3,电子的定向运动速度u有多大?若电 源到用电器的距离为1km,则一个给定的电子从电源 运动到用电器要经历多少时间?
思考题： • 若导体内部有电流，即导体内部电流密度不为零，问 导体内部电荷体密度是否一定也不等于零？在电中性 的导体中能否有电流？ • 通过某一截面的电流强度为零，截面上的电流密度是 否必为零？反之如何？ • 在电解液中，正负离子均可运动导电，此时的电流密 度将如何描写？ • 设通过铜导线的电流密度j=2.4A/mm2 ,铜的自由电子密 度为8.4×1028/m3 ,电子的定向运动速度u有多大？若电 源到用电器的距离为1km，则一个给定的电子从电源 运动到用电器要经历多少时间？