第11章恒定电流优秀课件.ppt

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1、第11章恒定电流第1页，本讲稿共12页 11.1 电流和电流密度电流和电流密度1.电流电流 传导电流是带电粒子传导电流是带电粒子(载流子载流子)的定向运动，的定向运动，载流子有电子，离子和半导体中的空穴。载流子有电子，离子和半导体中的空穴。电流强度：电流强度：t时间内通过导线横截面的电量时间内通过导线横截面的电量 q单位：安单位：安(A)1A=1C/s2.电流密度电流密度 电流密度是矢量，定义为电流中正载流子的电流密度是矢量，定义为电流中正载流子的运动方向，其大小等于通过垂直与载流子运动运动方向，其大小等于通过垂直与载流子运动方向的单位面积的电流。单位：方向的单位面积的电流。单位：A/m2第2

2、页，本讲稿共12页电流密度微观定义推导电流密度微观定义推导*Idt 通过通过dS 的电量为体积的的电量为体积的带电粒子电量和带电粒子电量和n 带电粒子数密度带电粒子数密度定义：电流密度定义：电流密度载流子载流子定向定向移动速度移动速度q 载流子电荷载流子电荷dI第3页，本讲稿共12页3.电流密度与载流子的电量电流密度与载流子的电量q，速度，速度v和粒子数密和粒子数密度度n的关系的关系4.任意曲面任意曲面S上电流强度的计算上电流强度的计算5.电流的连续性方程电流的连续性方程如果曲面是封闭的，曲面微元的方向向外。如果曲面是封闭的，曲面微元的方向向外。根据电荷守恒定律，单位时间内流出封闭曲根据电荷守

3、恒定律，单位时间内流出封闭曲面的电量应当等于封闭面内电荷的减少率面的电量应当等于封闭面内电荷的减少率第4页，本讲稿共12页 11.2 恒定电流与恒定电场恒定电流与恒定电场恒定电流：导体内各处电流密度不随时间变化。恒定电流：导体内各处电流密度不随时间变化。1.恒定电流的连续性：通过任恒定电流的连续性：通过任一封闭曲面的恒定电流为零。一封闭曲面的恒定电流为零。2.恒定电流电路的节点电流方程恒定电流电路的节点电流方程 (基尔霍夫第一方程基尔霍夫第一方程)对于几根导线相交的节点，对于几根导线相交的节点，流出的电流流出的电流(为正为正)与流入的电与流入的电流流(为负为负)的代数和为零。的代数和为零。SI

4、1I2I3I4第5页，本讲稿共12页3.导体内的恒定电场导体内的恒定电场 在恒定电流条件下，导体内的电荷分布不在恒定电流条件下，导体内的电荷分布不随时间变化，导体内形成随时间变化，导体内形成恒定电场恒定电场，该电场，该电场的环路积分为零的环路积分为零 注意：注意：通电导体内的恒定电场的场强不为零；通电导体内的恒定电场的场强不为零；而静电平衡导体内的场强为零。而静电平衡导体内的场强为零。4.恒定电流电路的回路电压方程恒定电流电路的回路电压方程 (基尔霍夫第二方程基尔霍夫第二方程)在恒定电流电路中，沿任何闭合回路一周的在恒定电流电路中，沿任何闭合回路一周的电势降落的代数和总等于零。电势降落的代数和

5、总等于零。第6页，本讲稿共12页 11.3 欧姆定律和电阻欧姆定律和电阻1.欧姆定律：欧姆定律：经过一个电阻沿电流的方向电势经过一个电阻沿电流的方向电势降低的数值等于电流与电阻的乘积降低的数值等于电流与电阻的乘积 U=I R。2.电阻定律：电阻定律：导体的导体的电阻电阻 R 与导体的与导体的长度长度 l、横横截面积截面积 S 和材料的和材料的电阻率电阻率 的关系为的关系为电阻率电阻率 的单位：欧的单位：欧(姆姆)米米(m)；电阻率的倒数为电阻率的倒数为电导率电导率，=1/，单位：西单位：西(门子门子)每米每米(S/m)第7页，本讲稿共12页3.电阻率与温度的关系电阻率与温度的关系电阻率与材料的

6、种类有关，而且与温度有关，当电阻率与材料的种类有关，而且与温度有关，当温度不太低的时候，电阻率温度不太低的时候，电阻率 与温度与温度t(oC)有线性有线性关系关系式中式中 t和和 0分别是分别是t(oC)和和0(oC)时的时的电阻率，电阻率，是电阻温度系数，是电阻温度系数，单位：单位：(K 1)4.超导现象：超导现象：有些材料在温度降低到接近绝对零有些材料在温度降低到接近绝对零度时，它们的电阻度时，它们的电阻率会突然减小到零。率会突然减小到零。第8页，本讲稿共12页例例16.1 两同轴金属圆筒长两同轴金属圆筒长a，内外半径，内外半径R1和和R2，两筒，两筒之间充满电阻率之间充满电阻率 均匀材料

7、，求内外筒间电阻。均匀材料，求内外筒间电阻。解解:两两金金属属圆圆筒筒之之间间的的电电流流沿沿着着径径向向流流动动，横横截截面面积积变变化化，取取一一柱柱壳壳体体积积元元，半半径径r，厚度，厚度dr，其电阻为，其电阻为因各个薄层电阻串联，总电阻为因各个薄层电阻串联，总电阻为R1R2a第9页，本讲稿共12页5.欧姆定律的微分形式欧姆定律的微分形式证明：对一段导体体元运用欧姆定律证明：对一段导体体元运用欧姆定律第10页，本讲稿共12页 11.4 电动势电动势-q(t)q(t)I一段不闭合电路一段不闭合电路要维持稳恒电流，要维持稳恒电流，电路必须闭合。电路必须闭合。才能在闭合电路中形成稳才能在闭合电

8、路中形成稳恒电流。非静电力包括电恒电流。非静电力包括电磁力，化学力等等，磁力，化学力等等，而而1.非静电力非静电力q(t)I(t)+qR-I+必须必须 有非静电力有非静电力存在，存在，第11页，本讲稿共12页2.电源电动势电源电动势 在电源内，单位正电荷在电源内，单位正电荷 q 经电源内部由负极经电源内部由负极移向正极过程中移向正极过程中,非静电力所作的功非静电力所作的功Ane。单位：单位：V3.非静电场强：非静电场强：非静电力非静电力Fne与受到该力的电荷与受到该力的电荷 q 的比值的比值4.用非静电场强的积分表示电源电动势用非静电场强的积分表示电源电动势电池内的电源电动势电池内的电源电动势当非静电力存在于当非静电力存在于整个电流回路中时整个电流回路中时第12页，本讲稿共12页