大学物理恒定电流.pptx

1,第11章 恒定电流,2,目 录,11.1 电流和电流密度,11.3 欧姆定律电阻,11.2 恒定电流和恒定电场,11.4 电动势,11.6 电容器的充电和放电,11.5 有电动势的电路,11.7 电流的一种经典微观图象,3,11.1 电流和电流密度,一、电流密度矢量,方向：对正载流子，与载流子的运动同向；对负载流子，与载流子的运动反向。,数值：单位时间通过单位垂直面积的电量。,电流密度描写大块导体中电流分布,4,1、单一载流子,2、多种载流子,5,3、金属自由电子导电,漂移速度：,热运动的漂移速度为零。,6,二、电流强度,三、电流的连续性方程,由电荷守恒,7,11.2 恒定电流和恒定电场,一、恒定电流(steady current),在恒定电流导体中的任何地方，一些电荷因流动而离开的同时，另外一些电荷必将移动过来,电荷的宏观分布不随时间变化,稳恒条件：,8,二、基尔霍夫节点定律（基尔霍夫第一方程）,即,对于恒定电流，有,流出为正 流入为负,在恒定电流情况下，电荷分布不随时间变化。,9,在恒定电流情况下，不随时间变化的电荷分布所产生的不随时间变化的电场,1、恒定电场服从高斯定理（任何电场都服从高斯定理）,三、恒定电场,2、恒定电场服从环流定理（基本假定）,恒定电场,（基尔霍夫第二方程）,10,恒定电流：电荷分布不随时间变化；磁场恒定无感应电场。,由静止电荷产生服从环流定理。,如何理解恒定电场？,由运动电荷或变化的磁场产生不服从环流定理。,因此，恒定电场服从环流定理。,产生电场只有两种方式：,对于恒定电场，电势和电势差概念仍然适用。,11,3、恒定电场与静电场的不同点,静电场：,电荷静止，不激发磁场,静电平衡导体内部场强,维持静电场不需要能量的转换,恒定电场：,电荷运动，激发磁场（恒定磁场）,导体内部恒定电场,伴随能量的转换,12,对于电离气体、半导体，欧姆定律不成立 伏安特性曲线。,13,14,15,恒定电流：,电场分布：,电场在界面不连续，,【思考】你能算出界面上的电荷吗？,界面上有电荷积累。,16,11.4 电动势,非静电场，反抗静电场移动电荷。,17,由负极到正极，电势（由静电场产生）升高的方向,把单位正电荷从“”极移到“”极，非静电场作的功,（电源内）,电源的电动势：,电动势的”方向”：,18,在回路中，沿L由点1到点2的电动势：,把单位正电荷，沿L由点1移动到点2，非静电场所作的功。,（与路径有关）,注意：电势差（电压，电势降）的定义,（与路径无关）,19,一、全电路欧姆定律,11.5 有电动势的电路,20,电流由恒定电场 Es 和非静电场 Ene 共同决定,恒定电场服从环路定理：,用场的观点说明：,21,电动势,得全电路欧姆定律：,22,2、回路定律,电动势符号：与 L 同向，取负号 与 L 反向，取正号,电流符号：I 与 L 同向，I 取正号 I 与 L 反向，I 取负号,二、基尔霍夫（Kirchhoff）定律,1、节点定律,23,例如,回路定律：,11.6 电容器的充电和放电,开关倒向a,电容器充电。,一、电容器的充电过程,i,C,+q-q,似稳电场,开关倒向b,电容器放电。,二、电容器的放电过程,i,+q-q,C,似稳电场,11.7 电流的一种经典微观图像,一、金属中电流的微观图像,自由电子的定向运动是一段一段加速运动的接替，各段加速运动都是从定向速度为零开始。,二、焦耳定律,自由电子的定向运动是一段一段加速运动的接替，各段加速运动都是从定向速度为零开始。,