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大学物理课件：16-1稳恒电流

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稳恒电流课件参考模板范本

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西门子
σ—— 电导率（ 米 ）
一般 ρ ρ 0 (1α t)
α —— 电阻温度系数
3. 欧姆定律的定域形式（微分形式）
沿电流管取一小圆柱体，长Δl， 截面ΔS，电势差ΔU，电流ΔI , 如 图3.2.
U ΔS
U+ΔU ΔI
Δl
图3.2 一段电流管
由欧姆定律
I U , R 1 l
R
σ S
故
I σ U S , 或 I σ U
(S)
j
dS
dq dt
j dS 0
(S)
——电荷守恒
三. 欧姆定律的定域形式
稳恒电场与静电场相似，有
E dl 0
1. 欧姆定律
(L)
“电压”可引入
I = GU
或
G 1 , I U
R
R
2. 电阻率
R ρ l
S
或
σ 1, R1 l
ρ
σS
G —— 电导（西门子） R —— 电阻（欧姆）
ρ —— 电阻率（欧姆 ·米）
图3.3 一段电流管
五. 金属导电的经典解释 （电流形成与电阻机理）
导体中无电场（亦无电子数密度梯度、温度梯度或其它可使电
子宏观运动的因素），穿过任一截面的电流均值为零，即
j dS 0
(S)
电子作热运动，电子与原子核碰撞、散射，其路径是曲折的。
加外电场： 自由电子速度 = 原来的速度 其平均自值由称电为子漂加移速速度度：，形a成宏观e电E流，设为
ΔS
I
Δl
图3.4 一段电流管
则 Δq = - neuΔtΔS I = neuΔS j = neu
考虑方向
j neu

大学物理《稳恒电流》课件

大学物理《稳恒电流》课件
稳恒电流
Electric Current
教学内容（1学时）
了解恒定电流产生 的条件。 了解电流密度和电 动势的概念。
2/7
【A4.15.1】恒定电流electric current
电流：单位时间通过导 体截面S 的电荷。
I dq dt
dq Senvddt
vd 为电子漂移速度的大小
S
+
+
+
+
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
+
+
I
I envdS
I S
envd
j电流密度大小
电流描述不完备！
3/7
【A4.15.2】电流密度
电流密度是描述电流分布的矢量。在导体中任意 一点的方向与正载流子在该点的流动方向相同，大小 等于通过该点并垂直于电流的单位截面的电流强度。
dI j dS jdS cos
I s j dS
dS
I +-
+ + ++Ek -
l dU l E d l E d l Ek d l 0
IR
IRi
0
全电路的欧姆定律 I
R Ri
7/7
【A4.15.5扩展】其他电阻
二极管
热敏电阻
光敏电阻
声敏电阻
8/7
宏观上稳恒电流 I I1 I2 0 I
dS j
I1 I2
S
5/7
【A4.15.4】电源电动势
6/7
电源：提供非静
电力的装置。 非静电场 Ek:能
不断分离正负电 荷使正电荷从电 源负极向正极运 动。
Ek dl
【A4.15.5】欧姆定律

稳恒电流PPT课件

稳恒电流PPT课件

单位时间内通过任一截面的电量，表示了电路
中电流强弱的物理量。它是标量用 I 表示。
lim q dq
I
标量
t0 t dt
规定正电荷流动 的方向为正方向。
单位：库仑/秒=安培
I
（CT 1） A
它是国际单位中的基本量。
常用毫安（mA）、微安（A）
• 电流密度矢量 j
必要性：当通过任一截面的电量不均匀时，用
* 为了便于计算规定 的方向由 负极板经内电路指向正极板，即
+–
正电荷运动的方向。
单位：焦耳/库仑=（伏特）
* 越大表示电源将其它形式能量转换为电能的本
领越大。其大小与电源结构有关，与外电路无关。
参照静电力电势定义：
in Ek dl
内电路
非静电力
因为电源外部没有非静电力， 所以可写为：
K
C
0 q dq R C dt
一阶线性常系数 齐次微分方程
RC 具有时间的量纲。单位:秒
• 充电
t q 0.63q0
• 放电
t q 0.37q0
• 电容器充电图形
q
qo
q C (1 e t RC ) 0.63qo
RC大
UC (1 e t RC )
i e t RC
R
U R e t RC
0.37 R
t
相当于电容
i 短路时的电流
R
t
q
Байду номын сангаас
• 电容器放电图形 C
qo
RI
qo / e
t
q qoe t RC
UC
q0 C
e t RC
K
i qo e t RC RC

稳恒电流

稳恒电流

的分布密切相关。
设想在导体的电流场内取一小电流管，设其长度为 l ，垂直截 面为
S
U
R
。把欧姆定律用于这段电流管，则有
I
R
l S
I
1 U S l
j E / E
I 1 U S l
这就是电流密度的欧姆定律。称它为欧姆定律的微分形式。
+
–
静电力欲使正电荷 从高电位到低电位。 非静电力欲使正电 荷从低电位到高电 位。
▲ ▲
▲
3、电源的表示法
电势高的地方为正极， 电势低的地方为负极。
4、电流流向 电源内部电流从负极 板到正极板叫内电路 电源外部电流从正极 板到负极板叫外电路 5、ε、K 的引入
+


–
+ * 正极
_ ri
°
负极
电源
连续性方程积分形式 式中负号表示“减少”。
左侧：单位时间内由S 面流出的电量； 右侧：单位时间内 V 中电量的减少量。
dq 当 0时 , 有 j dS 0 ，则流入S面内电荷量多于流出量。 S dt dq 当 0时 , 有 j dS 0 ，则流出S面内电荷量多于流入量。 S dt
■
用电流强度描述导体中电荷的宏观流动太“粗糙”。
（1）不能描述电流沿截面的分布情况；
（2）不能描述电流的方向，即正电荷移动的方向。
■ 为了描述导体中各点电流的大小和方向，人们引入一个更
“精细”的物理量——电流密度。
5、电流密度定义：
电流密度矢量：单位时间内通过垂 直与电流方向单位面积的电量为导 体中某点电流密度矢量 j 的大小， dq dI j 的方向与正电荷在该点漂移运 j n0 n0 dS dt dS cos 动的方向相同， ■ 电流密度矢量构成的矢量场称之为电流场。 ■ 类似静电场，对电流场也可以通过引入“电流线”来进行形 象描述。电流线即电流所在空间的一组曲线，其上任一点 的切线方向和该点的电流密度方向一致。一束这样的电流 线围成的管状区域称为电流管。 6、电流强度和电流密度矢量关系

稳恒电流1

稳恒电流1

这样的曲线称为电流线Fra bibliotek基础理论教学中心
第一节 电流的描述
二、 电流强度
形成电流的条件：
1、有可以自由移动的电荷， 2、有电场（或有电压）。
电流线形象地表示电流的分布
不能直接描述电流的强弱
单位时间内通过导体横截面积的电量，称为电流强度。
电流强度的单位是安培，简称：安（A）
1A = 103 mA = 10-6 μA
基础理论教学中心
第一节 电流的描述
电流为通过截面S 的电荷随时间的变化率
I dq dt
dq ZenvddtS
I ZenvdS
S
+
+
+
+
+
+
I
vd 为电子的迁移速度大小
迁移运动的大小与场强 的大小成正比
基础理论教学中心
第一节 电流的描述
三、电流密度 方向规定： j
该点正电荷运动方向
大小规定：等于在单位时间内过该点附近垂直于正电荷 运动方向的单位面积的电荷
j
dQ
dtdS cos
dI
dS cos
envd
dI j dS jdS cos
dS
I s j dS
I j
基础理论教学中心
第一节 电流的描述
四、 稳恒电流
单位时间内通过闭合曲面向外流出的电荷，等于此时间内
闭合曲面里电荷的减少量 .
s
j
dS
dQ dt
dQi dt
dS j
若闭合曲面 S 内 的电荷不随时间而变化，
M
(2)
vd
I nSe
5.36104 m s-1 2m h-1

稳恒电流PPT教学课件

稳恒电流PPT教学课件

主要内容
1. 电流的稳恒条件 2. 欧姆定律的微分形式及物理意义 3. 电动势
§3.1 电流的稳恒条件和导电规律
1.电流强度 电流密度矢量 2.电流的连续方程 稳恒条件 3.欧姆定律 电阻 电阻率 4.电功率 焦耳定律 5.金属导电的经典微观解释
3.1.1 电流强度 电流密度矢量
1. 产生电流的条件有两个： （1）存在可以自由移动的电荷（自由电荷）； （2）存在电场 2. 电流的方向：
u0
的
2
2m
2m
• 和气体分子运动论中一样，电子的平均飞行时间 （即平均 碰撞速率 的倒数）与其平均自由程 和平均热运动速 率 ,有如下关系： 1
•
所以： 因为e,m,
u
u
e
E
2m
(1)
, E 都与电场强度无关，故上式说明了自由电
子的漂移速度 与 成正比。
如图所示，以ΔS为底， uΔt为高作一柱体，则此柱 体内的全部自由电子将在Δt时间间隔内通过ΔS 。因柱体 的体积为uΔtΔS ，故柱体内共有nuΔtΔS个自由电子。 每个电子带电量的绝对值为e，所以在Δt内通过ΔS的电量 为Δq= neuΔtΔS
3.1.5 金属导电的经典微观解释
如果在金属导体中加了电场以后，每个自由电子的轨迹将
逆着电场发生“飘移”。这时可以认为自由电子的总速度是由
它的热运动速度和因电场产生的附加定向速度两部分组成，前 者的矢量平均仍为0，后者的平均叫做漂移速度，下面用 u
来表示它。正是这种宏观上的飘移运动形成了宏观电流。
刺参的人工育苗技术
概述
• 一、国内发展情况及趋势 • 二、价值 • 营养价值 • 药用价值
第一节 刺参生物学及生态学知识

稳恒电流

稳恒电流

∑ (± I ) = 0
i
4.2 基尔霍夫方程组 基尔霍夫方程组(2)
I1
复杂电路
条支路， 个节点 个节点， （p条支路，n个节点， 条支路 m个回路） m个回路） 个回路 B 1 ２ A
I 2 I3
３ C
I5
I4
n个节电电流方程 个节电电流方程 m个回路电压方程 个回路电压方程
独立数：（ － 独立数：（n－1) ：（ 独立数：［ －（n－ ］ ：［p－（ 独立数：［ －（ －1)］
3.2 伏特计和安培计
磁电式电流计 伏特计
V G
N S
Rm
安培计
I
A G G
I g , Rg
RS
3.3 平衡电桥
I1 I2
R1
B
应用： 应用：电阻测量
R2
G
C
A
R
A
G
C
R4
E
D
R3
= UD
K
RW
U 平衡条件： 平衡条件： B
R1 R3 = R2 R4
RR Rx = R
3.3 平衡电桥
B 应用： 应用：电阻测量
v v j =σE
§ 1 电流的稳恒条件和导电规律
1.4 电功率和焦耳定律（1） 电功率和焦耳定律（ ） A
+q 线性元件 焦耳 定律
2
I
B
P电 = U I
2
+
电功
导体
U
?
P = I R =U 热
非线性元件
R
A = UIt
电功率
P = A t = UI
P电 = U I = P + P热 其它
§ 1 电流的稳恒条件和导电规律

大学物理-稳恒电流-PPT

大学物理-稳恒电流-PPT
b，内外导体之间填充一种非理想介质，设其介电
常数为 、电导率为 。试计算同轴线单位长度的
绝缘电阻。
解：方法一：用恒定电场的基本关系求解
设在同轴线内外导体间加恒定电压
U
，由于介
0
质的 0 ，介质中存在沿半径方向从内导体流向
外导体的电流。另外，内、外导体中有轴向电流，
导体中存在轴向电场 Ez ，因而漏电介质中也存在 切向电场，但 Ez E，故可忽略 Ez 。介质中任 一点处的漏电流密度为
导体内沿电流方向取一底面积为 ds 、
高为 的小柱体，显然，柱体中的
载流子 1s内都要通过截面 ds，因此
dI nq ds
由此得电流密度
j nq
5
欧姆定律的微分形式
实验表明：在电场不太强、电场变化频率不太 高的情况下，导线中的电流强度与导线两端的电 势差成正比，即
U R I
-----欧姆定律
电流密度 j 是一个矢量，其大小等于流过垂直
于电流方向的单位面积的电流强度，方向与该点正
电荷的运动方向一致。即
di j en ds
对恒定电流：
dI j en ds
3
电流密度和电流强度的关系
如果在载流导体内任取一面元 ds ，其法向方向
en 与电流密度
j
的方向成
角，则通过该面元的电流为
dI
jdS
j cosdS
j dS
I S j dS
穿过某截面的电流强度等
dI
en
于电流密度矢量穿过该截面的 通量。
dS dS
电流强度是电流密度的通量。
4
例10.5.5 讨论导体中电流密度与载流子漂移运动的 关系。
漂移运动：载流子在电场作用下的定向运动。

稳恒电流和稳恒电场讲解

稳恒电流和稳恒电场讲解

1.热电偶
T1 A
待测 B
电位 C 差计
（测）
已知
恒温 T2
一般
。
mV/100 C
。
Bi—Sb 10 -2V/100 C
（铋）（锑）
26
T1 A
待测 B
电位 C 差计
（测）
已知
恒温 T2
优点：
▲热容小 灵敏度高(10-3 °C)
▲可逐点测量 测小范围内温度变化
▲测温范围大（-200 °C—2000 °C）
例如：电阻法探矿
（图示）


3
电流密度定义式
J

dI dS
ˆ
方向 //
J
大小：J
J

dI dS
大块导体
I
dI
P ˆ
v
dS
ˆ P 处正电荷定向移动
速度方向上的单位矢量
4
对任意小面元
d
S
，
dI

JdS

J
dS

dS
dI

J
d S
对任意曲面S：
由此可反映出探针尖与试样表面间隙的大小。
当探针在试样表面上扫描时，就能测出试样表 面的起伏状况。
29
扫描热显微镜的应用：
•检测电子芯片表面的质量。
•探测活细胞中温度的变化，从而给出新陈代 谢方式的线索。
•通过探针尖端热量的散失情况，测定微细气 流或液流的流量。
•检测试样表面成分（光热吸收分光术）用激 光照射试样，改变激光波长。同时测试样温度 的变化，进而给出试样表面成分在极小尺度上 的变化，实现微观尺度上的光谱分析。

大学物理教程课件讲义 稳恒电流的磁场

大学物理教程课件讲义 稳恒电流的磁场

8.2 磁场 磁感应强度
图8.6 两平行载流导线间的相互作用 图8.7 通电线圈的磁极
8.2 磁场 磁感应强度
1822年，安培提出了关于磁现象起源的假设。他认为， 一切磁现象都来源于电流。物体内部任何一个分子都相当于一 个小的回路电流，称为分子电流。每一个分子电流都和一个小
N、S两极对应于分子电流的两侧，如图 8.8（a)所示。如图8.8（b)所示。如图8.8（c) 所示。
先定义载流线圈的磁矩。 若一个线度小试验线圈的面积 为ΔS，线圈中的电流为I，则 试验线圈的磁矩Pm=IΔSen，en 为线圈法线方向的单位矢量， Pm与电流方向满足右手螺旋关 系，如图8.9所示。
图8.9 载流线圈的磁矩
8.2 磁场 磁感应强度
8.3
8.3.1 电流元
在静电场中为了求任意带电 体周围某点的电场强度E，曾将带 电体先分成无限多个电荷元dq，计 算出每个电荷元在该点的电场强度 dE，再根据场的叠加原理将所有电 荷元在该点的dE叠加，即得到带电 体在该点的电场强度E.图8.10是电 流强度为I的线电流。
8.1 稳恒电流 电动势
8.1.2 电源电动势
如前所述，产生稳恒电流的条件是导体两端维持恒定不 变的电势差。然而，在静电力的作用下，正电荷将从电势高 的一端经导体流向电势低的一端，而负电荷将从电势低的一 端经导体流向电势高的一端.这一过程将会使导体两端的正、 负电荷逐渐中和，两端的电荷分布随时间逐渐减少，电势差 逐渐减小，最后均趋于零，这就破坏了稳恒电流的条件。如 图8.2（a）所示。如图8.2（b）所示。
8.5 磁场对运动电荷及载流导线的作用
利用这一特点，可以实现磁聚焦,如图8.30所示。在非 匀强磁场中，磁场越强回旋半径越小，这意味着带电粒子被 约束在一个很小的范围内做螺旋运动。当带电粒子向磁场较 强的方向做螺旋运动时，在各点所受到的磁力总可以分解出 一个与前进方向相反的分量，如图8.31所示。

【大学物理】第一讲 稳恒电流

【大学物理】第一讲 稳恒电流

S
+
+
+
+
+
+
I
方向：正电荷运动的方向 有方向的标量。
恒定电流：电流的大小和方向不随时间而变化。
几种典型的电流分布
粗细均匀的 金属导体
粗细不均匀 的金属导线
半球形接地电 极附近的电流
可见，导体中不同部分电流分布不同，电流强
度I 不能细致反映导体中各点电流分布。
电流密度：细致描述导体内各点电流分布的
第二章 稳恒磁场
主要内容：
稳恒电流激发的磁场的规律和性质。 稳恒磁场对电流和运动电荷的作用。 磁介质在磁场中的基本规律。
静止电荷
激发电场，对电荷有力的作用
运动电荷……
电荷运动形成恒定流动时，在它周围所激发 的磁场中各点的磁感应强度不随时间变化，这类 磁场称为稳恒磁场。
§2.1 稳恒电流
一 、电流强度和电流密度
+
- E 电源内 k dl
电源外部回路Ek=0， 非静电电场强度沿整
个闭合回路的环流等于电源电动势。
Ek dl
0
内 Ek dl + 外 Ek dl = 内 Ek dl
电流: 电荷的定向运动。 载流子：电荷的携带者，如自由电子（金属导体）
空穴（半导体） 、正负离子（电解液） 电流形成条件 (导体内)：
导体内有可以自由运动的电荷； 导体内要维持一个电场。
电流强度：单位时间通过导体某一横截面的电量。
I dq dt
单位：安培（A）。
1A 103 mA 106 μA
某一面积 某一点
dS
j
讨论
金属导体中的电流和电流密度与自由 电子的数密度和漂移速度之间的关系。
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R R2 dr ln R2
R1 2π rl 2π l R1
I U 2π lU ln R2
R
R1
第16章 稳恒磁场
U
r R1
R2
l
7
大学
物理
解法二
j1E
I j dS j2π rl
j I E
2π rl E I
2πrl
16-1 稳恒电流
U
r R1
R2
l
U E dr R2 I dr I ln R2
dq内 0 dt
稳恒电流 s j dS 0Fra bibliotekdS
j
S
导体内的电流密度不随时间变化的 电流。
I I1 I2 0
I
基尔霍夫第一方程
I1
I2
S
第16章 稳恒磁场
4
大学
16-1 稳恒电流
物理
稳恒电流 s j dS 0
dS
j
稳恒电场
S
（1）在稳恒电流情况下，导体中电荷分 布不随时间变化形成恒定电场；
（2）稳恒电场与静电场具有相似性质 （高斯定理和环路定理），稳恒电场可引入 电势的概念；
（3）稳恒电场的存在伴随能量的转换.
第16章 稳恒磁场
5
大学 物理
U IR
R l
S
三 欧姆定律的微分形式
dI dU R
R dl
dS
dI 1 dU dS
dl dI 1 dU 1 E E dS dl
16-1 稳恒电流
I
dI
U dl
dSU dU
欧姆定律的微分形式
j 1 E E
第16章 稳恒磁场
6
大学
16-1 稳恒电流
物理
长度 l例,1其一电内阻、率外半径，分若别筒为内外R1电和势R差2 为的金U属，圆且筒筒，
内缘电势高，圆柱体中径向的电流强度为多少 ？
解法一 dR dr dr
S 2π rl
1
大学
物理 载流子 浓度n ；
16-1 稳恒电流
载流子电荷 q ；
载流子漂移速度
u
dI qnudS qnudS cos
qnu
d
S
j dS
j dI qnu 该点正电荷运动方向
dS 电流密度矢量：
j
qnu
单位： A m2
通过任意曲面的电流 ：
I S j dS
第16章 稳恒磁场
2
大学
16-1 稳恒电流
物理
二 电流的连续性方程 稳恒电流条件
单位时间内通过闭合曲面向外流出的
电荷，等于此时间内闭合 曲面内电荷的减少量 .
dS
j
dI j dS
S
I j dS = dq外
s
dt
j dS dq内
s
dt
第16章 稳恒磁场
3
大学
16-1 稳恒电流
物理
的电由荷不s 随j 时dS间 而 d变dqt内化，，若则闭合曲面 S 内
大学
物理 一 电流 电流密度
16-1 稳恒电流
形成电流的条件
•在导体内有可以自由移动的电荷（载流子）
•在导体内要维持一个电场，或者在导体两端要存在有 电势差
电流强度：通过截面S 的电荷随时间的变化率
I dq / dt
dq qnudtS u :电子漂移速度的大小
I qnuS
S
+
+
+
+
+
+
I
第16章 稳恒磁场
电动势的定义：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.
A非 q
Ek dl
l (Ek E) dl
第16章 稳恒磁场
10
R1 2 π lr 2 π l R1
第16章 稳恒磁场
8
大学
16-1 稳恒电流
物理
第16章 稳恒磁场
9
大学
16-1 稳恒电流
物理
非静电力: 能不断分离正负电荷使正电荷逆静电
场力方向运动.
电源：提供非静电力的装置.
非静电电场强度 Ek :
I
为单位正电荷所受的非静电力.
A非 qEk dl
R
+E + ++Ek-

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