资源描述
第 二 章,恒定电场,第二章 恒定电场,Steady Electric Field,序,导电媒质中的电流,基本方程,分界面衔接条件,边值问题,导电媒质中恒定电场与静电场的比拟,下 页,电源电动势与局外场强,返 回,通有直流电流的导电媒质中同时存在着电流场和恒定电场。恒定电场是动态平衡下的电荷产生的，它与静电场有相似之处。,Introduction,2.0,序,本章要求,:,理解各种电流密度的概念，通过欧姆定律和焦耳定律深刻理解场量之间的关系。,掌握导电媒质中的恒定电场基本方程和分界面衔接条件。,下 页,上 页,返 回,基本方程,E,的旋度,边值问题,边界条件,电 位,一般解法,电导与接地电阻,特殊解,(,静电比拟,),恒定电场知识结构,基本物理量,J,、,E,欧姆定律,J,的散度,下 页,上 页,返 回,2.1.1,电流,(Current),定义：单位时间内通过某一横截面的电量。,2.1,导电媒质中的电流,Current in Conductive Media,三种电流：,A,传导电流,电荷在导电媒质中的定向运动。,位移电流,随时间变化的,电场,产生的假想电流。,运动电流,带电粒子在真空中的,定向,运动。,下 页,上 页,返 回,1,.,电流面密度,J,电流,体电荷 以速度,v,作匀速运动形成的电流。,电流密度,2.1.2,电流密度,（,Current Density),下 页,上 页,返 回,图,2.1.1,电流面密度矢量,图,2.1.2,电流的计算,2,.,电流线密度,K,电流,e,n,是垂直于,d,l,，且通过,d,l,与曲面相切的单位矢量。,面电荷 在曲面上以速度,v,运动形成的电流。,图,2.1.3,电流线密度及其通量,下 页,上 页,电流线密度,返 回,3.,元电流的概念,元电流是元电荷,以速度,v,运动形成的电流,工程应用,媒质磁化后的表面磁化电流；,同轴电缆的外导体视为电流线密度分布；,高频时，因集肤效应，电流趋于导体表面分布。,下 页,上 页,图,2.1.4,媒质的磁化电流,返 回,2.1.3,欧姆定律的微分形式,(Differential Form of Ohms Law),J,与,E,共存，且,方向一致。,简单证明：,欧姆定律,微分形式。,在线性媒质中,对 两边取面积分,左边,右边,欧姆定律,积分形式。,所以,下 页,上 页,图,2.1.5,J,与,E,之关系,返 回,2.1.4,焦尔定律的微分形式,(Differential Form of Joules Law),导体有电流时，必伴随功率损耗，其功率体密度为,W/m,3,W,焦耳定律,微分形式,焦耳定律,积分形式,下 页,上 页,返 回,提供非静电力将其它形式的能转为电能的装置称为,电源,。,2.2.1,电源,(Source),2.2,电源电动势与局外场强,Source EMF and 0ther Field Intensity,电源电动势是电源本身的特征量，与外电路无关。,局外场强,局外力,2.2.2,电源电动势,(Source EMF),下 页,上 页,返 回,图,2.2.1,恒定电流的形成,因此，对闭合环路积分,局外场,E,e,是非保守场。,图,2.2.2,电源电动势与局外场强,电源电动势,总场强,下 页,上 页,返 回,1.,干电池和钮扣电池（化学电源）,电 源,干电池电动势,1.5V,，仅取决于,（糊状）化学材料，其大小决定储存的能量，化学反应不可逆。,钮扣电池电动势,1.35V,，用固体化学材料，化学反应不可逆。,干电池,钮扣电池,下 页,返 回,氢氧燃料电池示意图,2.,燃料电池（化学电源）,电池电动势,1.23V,。以氢、氧作为燃料。约,40%,45%,的化学能转变为电能。实验阶段加燃,料可继续工作。只要不断供,给燃料，就可以不断输出电,能，化学反应结果生成水，,以水蒸汽的形式排走。,燃料电池属环保产品，,排出的水可以用作饮料或,淋浴用。,下 页,上 页,返 回,3.,太阳能电池（光能电源）,一块太阳能电池电动势,0.6V,。,太阳光照射到,PN,结上，会形成一,个从,N,区流向,P,区的,电流,。约,11%,的光能转变为电能 ，故常用太阳,能电池板。,一个,50cm,2,太阳能电池的电动势为,0.6V,，电流为,0.1A,。,下 页,上 页,返 回,太阳能电池示意图,蓄电池示意图,4.,蓄电池（化学电源）,电池电动势,2V,。使用时，电池放电，当电解液浓度小于一定值时，电动势低于,2V,，常要充电，化学反应可逆。,蓄电池进行化学反应,对外电路放电，当硫酸浓,度降到一定值时，电动势,小于,2 V,，要对蓄电池充,电（还原反应）。,上 页,返 回,
展开阅读全文