电源电动势p295 ■非静电力:提供能量使电荷从低电位——高电位 电源 在外电路上:维持恒定电压,在电场力作用下正电荷从电 源正极—负极 ■在电源内部在非静电力作用下 ■正电荷克服静电力从电源负极—正极 在闭合电路中,静电场力卫+非静电力K使电荷运动 形成一个闭合电流线
电源电动势 p295 ◼ 非静电力：提供能量使电荷从低电位——高电位 ◼ 电源 ◼ 在外电路上：维持恒定电压，在电场力作用下正电荷从电 源正极——负极 ◼ 在电源内部在非静电力作用下 ◼ 正电荷克服静电力从电源负极——正极 ◼ 在闭合电路中，静电场力E+非静电力K使电荷运动 形成一个闭合电流线
电源 用电器 电动势两肉E=[kd 导线 外电路 定义:把单位正电荷从负极通过电 正电极负电极 源内部移到正极时,非静电力所做N 的功 ■标量 ■方向电源内部负—正 与外电路是否接通无关 a有时无法区分电源内外,如涡旋电场8=∮Kd 电源内部电流密度j=0(E+K)
电动势 ◼ 定义：把单位正电荷从负极通过电 源内部移到正极时，非静电力所做 的功 ◼ 标量 ◼ 方向：电源内部 负——正 ◼ 与外电路是否接通无关 ◼ 有时无法区分电源内外，如涡旋电场 + − = K dl = K dl 电 源 内 电源内部 电流密度 j =(E + K)
用电器 电源的电动势 外电路上电场力做功 内阻和路端电压 导线 外电路 路端电压 /「沿电源内 正电极团日负电极 部积分 内电路 E dl=l(K+5). dl K. dl d=E-p1=E-1(1) S c0s=-1,充电电路U>E U=E- oj cos 6al=E±l cosO=1,放电电路U<E
电源的电动势、 内阻和路端电压 ◼ 路端电压 = = − = − = + − U U U j dl Ir cos 1, , cos 1, , cos 放电电路 充电电路 + − + − + − + − = − = − = − S dl dl j dl I j K dl (1) − + − + + − = − = = − + dl j U U U E dl ( K ) 外电路上电场力做功 沿电源内 部积分
闭合电路欧姆定律内阻上电势降 外阻 上电E=BR+b→1 势降 rtr ■I=0,内阻电势降落为0,U=ε ■外电路开路或电势得到补偿 r=0,无论电流沿什么方向,是否为0,U=E ■电压恒定—理想电压源 ■任一电源可以看成理想电压源串联一个内阻r r>R,I≈→恒流源/与R无关,近似为常数
闭合电路欧姆定律 ◼ I=0,内阻电势降落为0，U= ◼ 外电路开路或电势得到补偿 ◼ r=0,无论电流沿什么方向，是否为0 ， U= ◼ 电压恒定——理想电压源 ◼ 任一电源可以看成理想电压源串联一个内阻 r = IR + Ir R r I + = 外 阻 上 电 势降 内阻上电势降 恒流源 I与R无关，近似为常数 r r R I , 恒压源 I与r无 关 R r R I
电源的功率 什么情 况下输 P==CR+/,P,/最数界 ■闭合电路的电源所提供的总功率 R 0 =7=12R= r=e 2 dR r+ (R+r)2 r=R时最大 2 耗 =8 r+r (R+r)2 4r 耗 电源的效率:电源输出功率与电源总功率之比R 负载电阻越大,效率越高 77 P R+r ■要求获得最大输出功率与电源效率高不能同时 满足(输变电路;无线电设备)
电源的功率 ◼ 闭合电路的电源所提供的总功率 P I I R I r 2 2 = = + P耗 2 2 2 2 (R r) R R R r P UI I R + = + = = = 出 2 2 2 2 (R r) r r R r P I r + = + = = 耗 什么情 况下输 出功率 最大？ = 0 dR dP出 出 ＝P耗 r P r R 4 2 = = 时最大 R r R P P + = = 出 ◼ 电源的效率：电源输出功率与电源总功率之比 ◼ 负载电阻越大，效率越高 ◼ 要求获得最大输出功率与电源效率高不能同时 满足（输变电路 ；无线电设备 ）
恒定电路与恒定电场p297 ■恒定电流满足恒定条件 通过任意闭合面 手jd=0 的电流通量为零 ■定性理解: 电荷分布场强分布□电流场 j(x,y,2)>E(x,y,))或不变 at at 物理图象: ■电流线连续性地穿过闭合曲面所包围的体积, 不能在任何地方中断,永远闭合曲线
或 不 变 t t j x y z E x y z ⎯→ ⎯→ ( , , ) ( , , ) 恒定电路与恒定电场 p297 ◼ 定性理解： ◼ 电荷分布 场强分布 电流场 = 0 S j dS j = 0 ◼恒定电流满足恒定条件 通过任意闭合面 的电流通量为零 ◼物理图象： ◼电流线连续性地穿过闭合曲面所包围的体积， 不能在任何地方中断，永远闭合曲线
恒定电路中静电场的作用 ■电流场中,决定电场的电荷如何分布? 在没有非静电力的地方,均匀导体内部没有净 电荷,电荷只能分布在导体表面或分界面上 证明:均匀导体—0与(xx关非均 0 →V·OE=0V·E=0 0体内 部有 电荷 ≠0 →op(x,y,z)=0→p(x,y,z)=0 “有体电流但无体电荷密度”, 如何理解? O=P+p=0,p≠0,J=”≠ 示意图
恒定电路中静电场的作用 ◼ 电流场中，决定电场的电荷如何分布？ ◼ 在没有非静电力的地方，均匀导体内部没有净 电荷，电荷只能分布在导体表面或分界面上 ◼ 证明：均匀导体——与（x,y,z)无关 = 0, = 0 j t 0 0 = = = E E (x, y,z) = 0 (x, y,z) = 0 0 ◼“有体电流但无体电荷密度” ， 如何理解？ = + + − = 0, − 0, j = − v 0 非均 匀导 体内 部有 电荷
■恒定情况下电力线和电流线 必须与导体表面平行 若均匀导线中,电流线不与 导体表面平行 E1与方向一致 E,使电荷迁移到导线表面 ■导线表面电荷的积累而产生一个派生电场E ■E’与En方向相反,达到平衡后,两者抵消 导线内只剩下平行分量E
◼ 恒定情况下电力线和电流线 必须与导体表面平行 ◼ 若均匀导线中，电流线不与 导体表面平行 使电荷迁移到导线表面 与 方向一致 En E j E || ◼导线表面电荷的积累而产生一个派生电场E’ ◼ E’与En 方向相反，达到平衡后，两者抵消 ◼ 导线内只剩下平行分量E||
恒定情况下,恒定电场起什么作用? ■保证电流的闭合性 非静电能转化 为静电势能 在电源内部到与相反,正电荷从负极正极 外电路:正电荷和的作用下从正极>负极 决定电路中电流分布 电势能转化为热能 ■均匀导线联接电路瞬间,电路中的电流从O—I 的过程是一个从非恒定向恒定过渡的过程 ■结论:电流分布由电场决 定,电场由电源和分布于 导线表面及内部不均勾处 的电荷产生 a外电路断开 b外电路接通
恒定情况下，恒定电场起什么作用？ ◼ 保证电流的闭合性 外电路： 正电荷在E的作用下从正极 负 极 在电源内部：E与k相反，正电荷从负极 正 极 → → 非静电能 转 化 为静电势能 电势能转化为热能 ◼结论：电流分布由电场决 定，电场由电源和分布于 导线表面及内部不均匀处 的电荷产生 ◼决定电路中电流分布 ◼均匀导线联接电路瞬间，电路中的电流从 0—— I 的过程是一个从非恒定向恒定过渡的过程
形成温差电动势的非静电力与热现象有关 差 汤姆孙效应及电动势 ■因温度不均匀引起的热扩散—等效于一种非静电力 电k ;m类似气体分子热运动,自由电子 从高温端向低温端扩散 >T1 宏观上等效于一个非静电力 K导致电荷迁移 T2LSTT 在导体两端,有电荷积累—E, 反抗K dT■E+K=0,达到平衡 K=O(T 瞬间完成吸热 E(7,2)=K·=a()dT 汤姆孙系数 T o(T)~105VC
温 差 电 ◼ 形成温差电动势的非静电力与热现象有关 ◼ 汤姆孙效应及电动势 ◼ 因温度不均匀引起的热扩散——等效于一种非静电力 dl dT K = (T) = = 2 1 ( , ) ( ) 1 2 T T a b T T K dl T dT ◼类似气体分子热运动，自由电子 从高温端向低温端扩散 ◼宏观上等效于一个非静电力—— K导致电荷迁移 ◼在导体两端，有电荷积累——E， 反抗K ◼E+K＝0，达到平衡 ◼瞬间完成——吸热 汤姆孙系数 (T)~10-5V/ºC