11.01恒定电流及电流密度、电动势、磁场试卷.pptxVIP

§11.1 恒定电流、电流强度 11.1.1 电流强度 电流—电荷的定向运动。 载流子—电子、质子、离子、空穴。 导体内有电荷运动说明导体内肯定有电场，这和静电平衡时导体内场强为零情况不同。 电流形成条件(导体内)： (1)导体内有可以自由运动的电荷； (2)导体内要维持一个电场。 方向：正电荷运动的方向。 单位：安培 （A）， 1A=1C/s， 毫安（mA）,微安(μA) 是矢量吗？ 电流强度的大小：单位时间通过导体某一横截面的电量。 由于电流强度（亦称电流）不能描述截面上每一点的电流情况，因此引入电流密度，反映不同位置处电流流动的情况。 11.1.2 电流密度 某点的电流密度的方向：该点正电荷定向运动的方向。其大小为：通过垂直于该点正电荷运动方向的单位面积上的电流强度。 电流场：导体内每一点都有自己的 ,即 通过导体任一曲面的电流强度为 直观意义是：通过导体截面的电流线的条数。 由电荷守恒定律，对电路中任意闭合曲面 S 均有： （电流场的连续性方程） 11.1.3 电流的连续方程 恒定条件 稳恒情况有： 稳恒条件： （积分形式） 推论：恒定电流的电流线不可能在任何地方中断。 或：恒定电路（直流电路）必须是闭合的。 电流恒定时，导体内的电荷分布不变，产生的电场称为恒定电场。 恒定电场与静电场的相同处： （1）场强和电荷分布都不随时间变化； （2）满足高斯定理； （3）满足环路定理，是保守场； 所以可引入电势概念 §11.2 电源及电动势 两个电势不相等的导体用导线连接时会产生电流（如电容器的放电）。 结论：仅靠静电力不可能维持恒定电流。 11.2.1 电源 非静电力 但这电流很快就衰减、消失。 为了维持恒定电流，需要借助于“非静电力”的作用，它能将其它形式的能量（化学能、机械能、太阳能等）转化为电势能，从而将 B 板上的正电荷移到 A 板，维持极板间电势差不变。 能提供非静电力的装置称为电源。 1） 电源有两个电极，一个叫正极，一个叫负极。电源工作时就是靠非静电力作功不断地把正电荷从负极推向正极，其能力的大小用电源的电动势ε来表示，其定义为：把单位正电荷从电源的低电位(负极)推向高电位(正极)非静电力所作的功。 11.2.2 电动势 一段含源电路欧姆定律 设电源对正电荷q施加的非静电力为F非，则从电源负极到正极所作的功为 式中 表示非静电力场，数值上等于单位正电荷受的非静电力，方向和正电荷受的非静电力的方向相同。在有些情况下，整个回路L都是电源，因此电动势ε可普遍地表示为 电动势是一个标量，其单位和电势的单位相同，为伏特 (V)，其大小只取决于电源本身的性质，与电源外电路的连接方式无关。为了使用方便，规定电动势的方向为电源内部电势升高的方向，也即从负极指向正极。 外 电 路 电源 设B为电源负极，A为电源正极。 - + B A 得到 从电源负极B沿电源内部积分到电源正极A 2）一段含源电路欧姆定律 由 这式子叫做一段含源电路欧姆定律 这叫做全电路欧姆定律。 3）全电路欧姆定律 电源正负两极之间的电压叫做路端电压即 内阻电压降是指： 6V，1Ω 4v，2Ω R=2Ω A B C D I 例1：如图，求电路中的电流和端压 解：由全电路欧姆定律得 由含源电路欧姆定律得 此题出现端压为零的情况，其实还有可能出现端压为负值的情况。路端电压与电动势是不同的。 例2：用导线将八个全同电源顺接为一闭合电路，求每一个电源的端压（不考虑导线的电阻） 解：设每个电源的电动势及内阻分别为ε及R内，由全电路欧姆定律得I=8ε/8R内= ε/R内，故电源BA的端压UAB=ε-IR内=ε- ε =0．因各电源情况相同，故任一电源的端压皆为零。 可见图中导线上任意两点(例如A与C)皆等势．不含源电路各点电势相等必定没有电流，但图中是含源电路，尽管导线上任意两点等电势，电路仍可有电流． 例题3:电路如图所示，R1=R2=R3=R4=2Ω，R5=3Ω，ε1=12V，ε2=9V，ε3=8V，r1=r2=r3=1Ω。 试求：①a，d两点间的电势差; ②b，c两点间的电势差。 解：由于b, c之间开路，流经R5支路的电流为零，此时电流只沿外闭合电路流动，形成一个单回路电路。设电流强度为I，方向沿逆时针方向，则由闭合电路欧姆定律的普遍形式，电流强度I为 =0.4 A 所以 =10 V =0+10-9 =1 V 这里应该注意：b，c开路， ε2上虽无电流，但ε2对b，c之间的电压是有贡献的，在计算电压时，千万不可遗忘。 ε1,r1 ε2,