第三章-直流电课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,北京大学物理学院王稼军编,*,第三章 直流电,2024/10/23,北京大学物理学院王稼军编,1,恒定电流场,习题：,新概念物理教程,电磁学,p97 1-66,、,67,2024/10/23,北京大学物理学院王稼军编,2024/10/23,北京大学物理学院王稼军编,1,恒定电流场,电流：,电荷的定向运动形成电流,电流强度：,单位时间内通过导体任一横截面的电量,单位,：,安培，简称安，用,A,表示,较小的电流强度单位即毫安（,mA,）、微安（,A,），它们与安培的换算关系是,2024/10/23,北京大学物理学院王稼军编,电流密度矢量,j,单位时间内通过垂直于电流方向的单位面积的电量,通过导体中任意截面,S,的电流强度与电流密度矢量的关系为,电流密度矢量,j,的分布构成一个矢量场,电流场,2024/10/23,北京大学物理学院王稼军编,电流的连续性方程,根据电荷守恒，对于任意闭合面，,有,任何一点电流密度的散度等于该点电荷体密度的减少,恒定条件,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,是,闭合曲线,。,恒定电场：与恒定电流相联系的场,电荷分布不随时间变化,j,的通量,面内电量的减少,2024/10/23,北京大学物理学院王稼军编,2,欧姆定律,恒定电场和静电场一样，满足环路定理；,欧姆定律,积分形式,可以引进电势差（电压）的概念,电阻率和电导率,均匀导体电阻,非均匀导体,导体的电阻率,电导,电导率,2024/10/23,北京大学物理学院王稼军编,欧姆定律微分形式,上式给出了,j,与,E,的点点对应关系,更适用于表征性质各异的导体材料的特征,适用范围比积分形式大,标量，场强,E,的方向和电流密度矢量,j,的方向处处一致,?,?,2024/10/23,北京大学物理学院王稼军编,电流密度,j,电子数密度,n,的关系,自由电子数密度：,n,；,电子电量的绝对值：,e,；,设所有电子均以同一定向运动速度,u,运动,则,t,时间内，通过导体内任一面元迁移的电量为,q,考虑方向,2024/10/23,北京大学物理学院王稼军编,关于电阻率和电导率的讨论,电阻率和电导率由导体本身的性质所决定,导体材料种类繁多，性质千变万化，因而电阻率与电导率也因材料的不同而各不相同（与,、,相似）,各向同性介质,、,为标量,均匀材料内部，,、,是常数,非均匀材料，其内部各处的,、,可以不同,各向异性介质,、,为张量。,电阻率与导体的性质与温度有关,近似（,t,变化不大）,2024/10/23,北京大学物理学院王稼军编,线性与非线性导电规律,p308,伏安特性曲线,实验表明，欧姆定律适用于金属和电解液，它们的电阻是常量,线性元件：伏安特性曲线是一条通过原点的直线,否则为非线性元件,2024/10/23,北京大学物理学院王稼军编,a.,晶体二极管,b.,真空二极管,非线性元件的伏安特性,2024/10/23,北京大学物理学院王稼军编,图,2,各种压敏电阻的伏安特性曲线,1,齐纳二极管；,2.SiC,压敏电阻；,3.,釉,-ZnO,压敏电阻,4.,线性电阻,5.ZnO,压敏电阻,压敏电阻,:,对电压变化敏感的半导体陶瓷在某一,临界电压以下电阻值非常高,，几乎没有电流，但当,超过这临界电压时,，电阻将急剧变化，并且有,电流通过,。,随着,电压少许增加，电流会很快增大，,主要用于灭火花、过电保护、避雷、电压稳定化等。,2024/10/23,北京大学物理学院王稼军编,焦耳定律,电流热效应,电功率,：,电场在单位时间内所做的功,热功率,：,单位时间内电流通过导体时产生的热量,热功率,：,热功率只是电功率中转化为内能的那一部分,2024/10/23,北京大学物理学院王稼军编,焦耳定律的微分形式,热功率密度,：,单位体积内的热功率,热功率密度与场强的平方成正比，是点点对应关系，与导体形状无关,2024/10/23,北京大学物理学院王稼军编,非静电力与电动势,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。,2024/10/23,北京大学物理学院王稼军编,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,电源内,电源内部,电流密度,2024/10/23,北京大学物理学院王稼军编,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,“,有体电流但无体电荷密度,”,，如何理解？,非均匀导体内部有电荷,2024/10/23,北京大学物理学院王稼军编,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,导线表面电荷的积累而产生一个派生电场,E,E,与,E,n,方向相反，达到平衡后，两者抵消,导线内只剩下平行分量,E,|,2024/10/23,北京大学物理学院王稼军编,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,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,2024/10/23,北京大学物理学院王稼军编,接通电源达到稳定前瞬间电荷分布过程的分析,两极附近等势面密集，电力线密场强大,电力线,场强逐渐减小，有过剩正电荷出现,场强逐渐增大，有过剩负电荷出现,导线表面出现的电荷使得两端较强电场减弱，使较弱电场增强,最后使电流强度沿导线分布趋于均匀,