第03章 恒定电流.ppt

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1、3-1 3-1 恒定电流与恒定电场恒定电流与恒定电场3-2 3-2 欧姆定律欧姆定律3-3 3-3 焦耳楞次定律焦耳楞次定律3-4 3-4 电动势电动势 含源电路欧姆定律含源电路欧姆定律3-5 3-5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律*3-6 3-6 接触电势差与温差电现象接触电势差与温差电现象*3-7 3-7 液体导电和气体导电液体导电和气体导电1.1.电流强度电流强度 1.1 1.1 电流电流导体内的载流子定向运动而形成电流。导体内的载流子定向运动而形成电流。单位时间里通过导体某一截面的电量：单位时间里通过导体某一截面的电量：1.2 1.2 形成电流的条件形成电流的条件 1）导体中有载流子；）导体

2、中有载流子；2）导体中有电场存在或导体两端有电势差。）导体中有电场存在或导体两端有电势差。1.3 1.3 电流强度电流强度2.2.电流密度电流密度2.1 2.1 电流密度的定义电流密度的定义 通过垂直于正电荷运动方向的单位面积的电流通过垂直于正电荷运动方向的单位面积的电流强度强度:电流密度为矢量电流密度为矢量,导体中某点电流密度的方向导体中某点电流密度的方向沿该点正电荷运动的速度方向沿该点正电荷运动的速度方向:电流密度反映了电流在载流导体内的分布电流密度反映了电流在载流导体内的分布:1)1)曲线上各点的切线方向表示该处电流密度的方向；曲线上各点的切线方向表示该处电流密度的方向；2)2)曲线的疏

3、密表示该点处场强的大小。曲线的疏密表示该点处场强的大小。在导体中画一系列曲线，使得在导体中画一系列曲线，使得 2.2 2.2 电流线电流线（a）（b）2.3 2.3 电流强度与电流密度的关系电流强度与电流密度的关系 en(a)JSSI(b)enJ ISS闭合曲面闭合曲面:（c）一般情况一般情况 IendS(c)J2.4 2.4 电流的连续性方程电流的连续性方程 S J3 3恒定电流和恒定电场恒定电流和恒定电场 3.2 3.2 恒定电流的条件：恒定电流的条件：S（a）I1I2I3I4S（b）3.1 3.1 恒定电流恒定电流 导体内各处的电流密度都不随时间变化的电流：导体内各处的电流密度都不随时间

4、变化的电流：3.3 3.3 恒定电场恒定电场恒定电场：恒定电场：不随时间变化的电荷分布产生的不随时不随时间变化的电荷分布产生的不随时间变化的电场。间变化的电场。恒定电场的性质：恒定电场的性质：具有与静电场类似的性质：具有与静电场类似的性质：1.1.欧姆定律欧姆定律1.1 1.1 欧姆定律欧姆定律1.2 1.2 电阻电阻不均匀导体不均匀导体 电阻率电阻率 导电率导电率 导体的电阻率与温度有关：导体的电阻率与温度有关：超导现象超导现象2.2.欧姆定律的微分形式欧姆定律的微分形式3.13.1电流密度与载流子的运动速度的关系电流密度与载流子的运动速度的关系3.3.欧姆定律的微观解释欧姆定律的微观解释3

5、.2 3.2 电流密度与电场强度的关系电流密度与电场强度的关系，与温度无关与温度无关 ，OR2R1,rdr 作业：作业：3.1.71 1电流的功和功率电流的功和功率 IVA VBX2 2焦耳楞次定律焦耳楞次定律 若若X为纯电阻为纯电阻R,则则 IVA VBR3 3焦耳楞次定律的微分形式焦耳楞次定律的微分形式 热功率密度：热功率密度：4 4焦耳楞次定律的微观解释焦耳楞次定律的微观解释 作业：作业：3.1-131.1.电源及电源电动势电源及电源电动势 1.1 1.1 非静电力非静电力 非静电场的场强非静电场的场强 能提供非静电力以把其它形式的能量转化为电能提供非静电力以把其它形式的能量转化为电能的

6、装置。能的装置。1.2 1.2 电源电源1.2 1.2 电源的电动势电源的电动势 在电源内将单位正电荷从负极移动到正极的过在电源内将单位正电荷从负极移动到正极的过程中非静电力所作的功：程中非静电力所作的功：闭合回路的电动势：闭合回路的电动势：2.2.闭合电路的欧姆定律闭合电路的欧姆定律 ,Rin RI一般地：一般地：3.3.部分含源电路的欧姆定律部分含源电路的欧姆定律 A 1R1 I1 I2R2 2 R3 3I3B C一般地：一般地：4.4.直流电路的能量转化直流电路的能量转化 ,Rin RI非静电力做功转化为内、非静电力做功转化为内、外电路的焦耳热外电路的焦耳热一般情况：一般情况：电源做功代

7、数和等于内、外电路消耗的焦耳热：电源做功代数和等于内、外电路消耗的焦耳热：电源做负功电源做负功表示电源充电。表示电源充电。1,Rin1 I R1 2,Rin2 R2GABKCI21DRRxRg5.5.电动势的测量电动势的测量 电势差计电势差计解：解：作业：作业：3.3-21.1.基尔霍夫方程组基尔霍夫方程组 1.1 1.1 基尔霍夫第一方程组基尔霍夫第一方程组 在任一节点处，流向节在任一节点处，流向节点的电流和流出节点的电流点的电流和流出节点的电流的代数和为零：的代数和为零：节点电流方程节点电流方程1.2 1.2 基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律 任一闭合回路中各电阻上任一闭合回路中各电阻上电

8、势降落的代数和等于该回路电势降落的代数和等于该回路中各电源电动势的代数和：中各电源电动势的代数和：回路电压方程回路电压方程2.2.基尔霍夫定律的应用基尔霍夫定律的应用计算复杂电路中各支路的电流计算复杂电路中各支路的电流解题要点：解题要点：解：解：解得：解得：作业：作业：1.1.逸出功与热电子发射逸出功与热电子发射1.1 1.1 逸出功：逸出功：金属中的价电子逸出金属表面所需要金属中的价电子逸出金属表面所需要的能量。的能量。1.2 1.2 热电子发射热电子发射2.2.接触电势差接触电势差3.3.温差电动势（热电现象）温差电动势（热电现象）3.1 3.1 塞贝克塞贝克(SeebackSeeback

9、)效应效应与珀耳帖与珀耳帖(PeltierPeltier)效应效应Q1Q2Q1Q23.2 3.2 汤姆逊（汤姆逊（W.ThomsonW.Thomson）效应）效应4.4.温差电现象的应用温差电现象的应用1.1.液体导电液体导电2.2.气体导电气体导电 在在通通常常情情况况下下气气体体的的自自由由电电荷荷极极少少，是是良良好好的的绝绝缘缘体体。但但是是由由于于某某些些原原因因气气体体中中的的分分子子发发生生了了电电离离，它它便便可可以以导导电电，这这种种现现象象称称为为气气体体导导电电或或气体放电。气体放电。气体导电气体导电被激导电被激导电自持导电自持导电2.1 2.1 被激导电被激导电 为为使

10、使两两极极之之间间的的气气体体能能够够导导电电，可可用用外外加加手手段段使使之之电电离离。例例如如：用用紫紫外外线线，X射射线线或或各各种种放放射射性性射射线线照照射射，或或者者用用火火焰焰将将气气体体加加热热都都可可使使气气体体电电离离。这些能使气体发生电离的物质统称这些能使气体发生电离的物质统称电离剂电离剂。2.2 2.2 自持导电自持导电 当当两两极极电电压压增增加加到到某某一一数数值值后后，气气体体中中的的电电流流突突然然加加剧剧，这这时时即即使使撤撤去去电电离离剂剂导导电电过过程程仍仍能能维维持。这种情形称为气体的持。这种情形称为气体的自持导电自持导电。正正负负离离子子在在电电场场中

11、中已已获获得得相相当当大大的的动动能能，致致使使他他们们的的各各种种碰碰撞撞过过程程足足以以产产生生新新的的离离子，形成簇射。子，形成簇射。获获得得较较大大动动能能的的正正离离子子轰轰击击阴极，产生二次电子发射。阴极，产生二次电子发射。当当气气体体中中电电流流密密度度很很大大时时，使使阴阴极极温温度度升升高高而而产产生生热热电电子发射。子发射。辉光放电辉光放电弧光放电弧光放电 弧弧光光放放电电伴伴有有强强烈烈的的弧弧光光并并产产生生高高温温的的一一种种气气体体放放电电。如如在在大大气气中中先先把把两两个个电电源源为为10V电电压压的的两两极极相相接接触触，然然后后慢慢慢慢拉拉开开，即即可可产产

12、生生弧弧光光放放电电。其其特特点点是是极极间间电电阻阻小小、电电压压不不高高、电电流流却却很很强强。当当电电流流增增大大时时，两两极极间间电电压压则则下下降降，并并能能发发出出强强烈烈的的光光和和热热。电电弧弧可可作作为为强强光光源源如如弧弧光光灯灯，或或强强热热源源如电弧炉。如电弧炉。火花放电火花放电 由由于于空空气气或或其其他他电电介介质质材材料料突突然然被被击击穿穿，引引起起带带有有瞬瞬间间闪闪光光的的短短期期放放电电现现象象。由由于于空空气气被被击击穿穿后后突突然然由由绝绝缘缘体体变变成成导导体体，电电流流将将迅迅速速增增大大。火火花花放放电电常常伴伴有有爆爆裂裂声声并并具具有有间间歇歇性性。雷雷电电就就是是自自然然界界中中大大规规模模的的火火花花放放电电现现象象。在在其其他他条条件件不不变变时时，引引起起火火花花放放电电的的击击穿穿电电压压完完全全取取决决于于电电极形状及其间距离。极形状及其间距离。