




版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
1、電磁學(xué)第三章第一節(jié)第1頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五 本章主要從電場(chǎng)和電路兩個(gè)角度介紹了穩(wěn)恒電流的基本概念,基本定律和基本原理。導(dǎo)體中電荷作定向運(yùn)動(dòng)形成電流,方向和大小都不隨時(shí)間變化的電流叫做穩(wěn)恒電流。 在金屬導(dǎo)體中,正離子形成晶格,若大量自由電子在無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上相對(duì)晶格作規(guī)則的定向移動(dòng),便形成電流,自由電子被稱為載流子。在電解液中,正、負(fù)離子的定向運(yùn)動(dòng)形成電流,其載流子是正、負(fù)帶電離子。一.電流強(qiáng)度和電流密度(1)電流電流發(fā)光第2頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五像上述兩種情況下大量微觀帶電粒子定向移動(dòng)所形成的電流叫傳導(dǎo)電流。此外,由宏觀帶
2、電體或帶電粒子作宏觀定向移動(dòng)所形成的電流叫運(yùn)流電流,由變化的電場(chǎng)“產(chǎn)生”的電流叫位移電流。關(guān)于位移電流將在第十一章中介紹,本章主要研究傳導(dǎo)電流。 例如在金屬導(dǎo)體內(nèi)就有可以自由移動(dòng)的電荷自由電子,所以在金屬導(dǎo)體的兩端加上電壓時(shí)就可在其內(nèi)形成電流,因而金屬是導(dǎo)電的,稱為導(dǎo)體。 形成傳導(dǎo)電流的條件是: 物體中有可移動(dòng)的電荷,即載流子; 物體兩端有電勢(shì)差或物體內(nèi)有電場(chǎng)。第3頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五 習(xí)慣上,人們把正電荷在電場(chǎng)作用下規(guī)則定向移動(dòng)的方向規(guī)定為電流的方向,因而電流的方向與自由電子移動(dòng)的方向正好相反,這樣在形成電流問題上,可以把負(fù)電荷移動(dòng)形成的電流看作是正電荷沿
3、相反方向移動(dòng)形成的電流。 導(dǎo)體內(nèi)電流的形成過程為:當(dāng)在導(dǎo)體兩端加上電壓時(shí),與之相伴隨而在導(dǎo)體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一電場(chǎng),其方向沿著電勢(shì)降落的方向,在電場(chǎng)的作用下,自由電子將逆著電場(chǎng)的方向作規(guī)則的定向移動(dòng),從而形成電流。第4頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五幾種典型的電流分布粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體粗細(xì)不均勻的金屬導(dǎo)線半球形接地電 極附近的電流電阻法勘探礦藏時(shí)的電流同軸電纜中的漏電流第5頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五 (2)電流強(qiáng)度 電流的強(qiáng)弱用電流強(qiáng)度來表示,其定義為:?jiǎn)挝粫r(shí)間通過導(dǎo)體任一截面的電量。假定在dt時(shí)間內(nèi),通過導(dǎo)體截面的電量為dq,用I表示電流強(qiáng)度,則
4、有其單位是安培(用A表示),1安培1庫(kù)侖秒。電流強(qiáng)度是標(biāo)量,通常所說的電流方向是指電荷在導(dǎo)體內(nèi)移動(dòng)的方向,并非電流是矢量。第6頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五安培基準(zhǔn) 當(dāng)I = dq/dt =常數(shù)時(shí),即電流強(qiáng)度的大小和方向都不隨時(shí)間發(fā)生變化時(shí),這種電流稱為穩(wěn)恒電流,也叫直流電流;當(dāng)I隨時(shí)間發(fā)生周期性變化時(shí),稱為交變電流;當(dāng)I隨時(shí)間作正弦規(guī)律的變化時(shí),稱為正弦交流電。第7頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五 (3)電流密度 應(yīng)該注意:電流雖然是電荷的定向移動(dòng)形成的,但電流的傳遞速度與電荷定向移動(dòng)的速度是完全不同的。一般來說,導(dǎo)體內(nèi)各點(diǎn)的電流分布是不相同
5、的,為了描述電流分布的詳細(xì)情況,我們引入一個(gè)新的物理量電流密度。 在電流通過的導(dǎo)體中的某處取一小面元dS ,使dS的法線單位矢量n的方向和該處的電流方向一致,設(shè)垂直通過dS的電流強(qiáng)度為dI,則電流密度定義為: j = n該式表明,電流密度的大小等于垂直通過單位面積的電流強(qiáng)度,方向與該處小面元dS的法線方向即電流方向一致,單位是安培米(A/m)。第8頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五由上式還可求出通過任一有限面積S的電流強(qiáng)度。在S上任取一面積元dS,其法向方向與該處的j夾角度為角,則通過dS的電流強(qiáng)度 則通過有限面積S的電流強(qiáng)度為jdS可見電流強(qiáng)度也可看作是電流密度矢量對(duì)該
6、曲面的通量。 第9頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五二.電流連續(xù)性方程 在導(dǎo)體內(nèi)任取一個(gè)閉合曲面S,因?yàn)殚]合曲面S的法線正方向總是規(guī)定向外的,所以通過該閉合曲面的j通量,就是面內(nèi)向外流出的電流強(qiáng)度,亦即單位時(shí)間向外流出的電量。根據(jù)電荷守恒定律,從曲面內(nèi)流出的電量應(yīng)等于面內(nèi)電量的減少量。設(shè)閉合曲面內(nèi)的電量為q,則有 試式稱為電流連續(xù)性方程。對(duì)于穩(wěn)恒電流,由于I的大小和方向都不隨時(shí)間發(fā)生變化,這樣形成電流的電場(chǎng)就必須是一個(gè)穩(wěn)定場(chǎng),產(chǎn)生電場(chǎng)的電荷就必須是一個(gè)穩(wěn)定的分布,這樣對(duì)于任一閉合曲面S,必有第10頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五此即為穩(wěn)恒電流的連續(xù)
7、性方程,也叫電流的穩(wěn)恒條件。 如果取導(dǎo)體的兩個(gè)截面S1和S2以及導(dǎo)體的側(cè)面構(gòu)成一個(gè)閉合曲面,則由(8.5)式知,單位時(shí)間內(nèi)通過S2面的電量一定等于單位時(shí)間內(nèi)通過S的電量,即 這是穩(wěn)恒電流連續(xù)性方程的另一種表達(dá)形式。 穩(wěn)恒電流的電場(chǎng)是一個(gè)不隨時(shí)間發(fā)生變化的電場(chǎng),它與前面講的靜電場(chǎng)十分相似,靜電場(chǎng)所滿足的規(guī)律在此仍然適用,在后面電路中經(jīng)常使用的電勢(shì)和電勢(shì)差(電壓)就是基于這一點(diǎn)。第11頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五電流強(qiáng)度與電流密度的關(guān)系 在導(dǎo)體中任取一截面元dS,設(shè)該處電荷密度為,運(yùn)動(dòng)速度為 。 在dt時(shí)間內(nèi)通過截面元的電荷量為在dt時(shí)間內(nèi)通過某有限截面的電荷量為電流強(qiáng)
8、度與電流密度的關(guān)系為第12頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五2. 電流連續(xù)性方程 電荷守恒定律:在孤立系統(tǒng)中,總電荷量保持不變。 在有電荷流動(dòng)的導(dǎo)體內(nèi)任區(qū)一閉合曲面S, dt 時(shí)間內(nèi)通過S向外凈流出的電荷量應(yīng)等于同一段時(shí)間內(nèi)S內(nèi)電荷量的減少。即上式是電荷守恒定律的數(shù)學(xué)表述,又稱電流連續(xù)性方程。第13頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五該式稱為均勻電路的歐姆定律。三. 歐姆定律 所謂均勻電路,就是一段不含電源的穩(wěn)恒電路,比如給導(dǎo)體兩端加上恒定的電勢(shì)差UAB ,導(dǎo)體中相應(yīng)地就存在著穩(wěn)恒電流,電勢(shì)差越大,電流強(qiáng)度I就越大,導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度I和導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差
9、之間的關(guān)系由實(shí)驗(yàn)得出為 式中R是常數(shù),稱為導(dǎo)體的電阻,在國(guó)際制單位中的單位為歐姆(用表示)。實(shí)驗(yàn)表明歐姆定律它不僅適用于金屬導(dǎo)體,而且對(duì)電解質(zhì)溶液也適用,但它對(duì)氣態(tài)導(dǎo)體(如日光燈中汞蒸汽)和其它一些導(dǎo)電器件(電子管、晶體管)則不成立。1.均勻電路的歐姆定律第14頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五2.電阻定律 一般金屬導(dǎo)體電阻的大小與導(dǎo)體的材料和幾何形狀有關(guān)。實(shí)驗(yàn)指出,對(duì)由一定材料制成的橫截面均勻的導(dǎo)體的電阻該式稱為電阻定律。 式中l(wèi)是導(dǎo)體的長(zhǎng)度,S是導(dǎo)體的截面積,比例系數(shù)是導(dǎo)體的電阻率,單位是歐姆米 (m),大小由材料性質(zhì)決定。電阻基準(zhǔn)第15頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月
10、20日,6點(diǎn)45分,星期五電導(dǎo)的單位叫西門子(S),式中電阻的倒數(shù)叫電導(dǎo),用符號(hào)G表示,即G= = 叫電導(dǎo)率,它是電阻率的倒數(shù)。 當(dāng)導(dǎo)體的橫截面積不均勻或電阻率不均勻時(shí),導(dǎo)體的電阻第16頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五 當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí),導(dǎo)體的電阻率也要改變。實(shí)驗(yàn)表明,在通常情況下大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻率式中0 是0時(shí)導(dǎo)體的電阻率,稱為電阻溫度系數(shù),其單位為1,不同材料其值不同。由此可見,溫度越高,電阻率越大。 一般把電阻率小于10-6m 的材料叫導(dǎo)體,電阻率大于106m 的材料叫絕緣體,電阻率在10-6 106m 之間的材料叫半導(dǎo)體,鍺和硅是最常見的半導(dǎo)體。3.半導(dǎo)體和
11、超導(dǎo)體第17頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五 半導(dǎo)體材料有以下特點(diǎn): 當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí),其導(dǎo)電性能會(huì)急劇變化,溫度升高,其電阻會(huì)急劇減小,(這與上述的金屬導(dǎo)體完全相反)并且變化不是線性的。 適當(dāng)摻雜,其導(dǎo)電性能會(huì)急劇增加。 光照時(shí)其導(dǎo)電性能也會(huì)發(fā)生變化。 基于以上三點(diǎn),半導(dǎo)體材料獲得了廣泛的應(yīng)用,由此制作的二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管以及集成電路等已成為電子線路最重要的元件。 第18頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五 當(dāng)溫度降到某一特定熱力學(xué)溫度Tc時(shí),某些金屬、合金以及金屬化合物的電阻率會(huì)幾乎減小到零,這種現(xiàn)象叫超導(dǎo)現(xiàn)象。能產(chǎn)生超導(dǎo)電現(xiàn)象的材料叫超導(dǎo)
12、體,超導(dǎo)體處于電阻率為零的狀態(tài)叫超導(dǎo)態(tài)。Tc叫做轉(zhuǎn)變溫度。 到目前為止,通過對(duì)各種金屬的實(shí)驗(yàn)測(cè)定,人們已發(fā)現(xiàn)在正常壓力下,有28種元素具有超導(dǎo)電性,其中鈮 (Nb)的轉(zhuǎn)變溫度最高,Tc9.26 K,鎢(W)的轉(zhuǎn)變溫度最低,Tc0.012 K。另外有10多種金屬, 在加壓和制成高度無序薄膜以后,也會(huì)變?yōu)槌瑢?dǎo)體。目前約有5000種合金和化合物具有超導(dǎo)現(xiàn)象,最高轉(zhuǎn)變溫度已達(dá)90 K。 第19頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五 費(fèi)利(File)等人用核磁共振方法測(cè)量超導(dǎo)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)來研究螺線管內(nèi)超導(dǎo)電流的衰減,他們得到的結(jié)論是超導(dǎo)電流的衰減時(shí)間不短于10萬年,這樣的電流真可稱為
13、永久電流,可見超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)是一種完全導(dǎo)電的理想導(dǎo)體。1933年邁斯納用實(shí)驗(yàn)還證明了,在超導(dǎo)狀態(tài)下,超導(dǎo)體內(nèi)部磁場(chǎng)消失,它是一個(gè)理想的抗磁體。 超導(dǎo)研究是目前物理學(xué)上一個(gè)活躍的領(lǐng)域,其主要工作有以下幾個(gè)方面:完善關(guān)于超導(dǎo)電性的理論解釋;提高較變溫度Tc,這直接關(guān)系到超導(dǎo)體的應(yīng)用問題;關(guān)于超導(dǎo)的應(yīng)用研究。在目前世界上競(jìng)相開展的超導(dǎo)研究熱潮中,我國(guó)中科院物理所的研究工作一直走在世界的前列。第20頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五 在通有電流強(qiáng)度I的導(dǎo)體中,沿電流線方向任取一個(gè)小圓柱體,通過的電流強(qiáng)度為dI,長(zhǎng)度為dl,橫戴面積為dS,使圓柱體的軸線和它所在處的電場(chǎng)強(qiáng)度E的
14、方向一致,面積dS垂直于E。沿電場(chǎng)方向圓柱體兩端的電勢(shì)為U和UdU,圓柱體電阻為R,電流密度矢量為j。則 4.歐姆定律的微分形式而 dI=jdS 所以EdS =EdS即 j = E稱作歐姆定律的微分形式。第21頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五 它表明導(dǎo)體中任意一點(diǎn)的電流密度與該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度成正比,且同方向。 歐姆定律的微分形式雖是在穩(wěn)恒電流情況下推出的,但對(duì)電流變化不很快的非穩(wěn)恒情況也適用,因此它比歐姆定律的積分式 I=U/R 更為普遍。 第22頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五四.焦耳定律電流通過一段電路時(shí),電場(chǎng)力作的 電功 A = qU =IUt 電功率 P = A/t =IU其單位分別為焦?fàn)?J)和瓦(W)。此二式是普遍適用的式子而不論何種用電器。在電場(chǎng)力作功過程中,電勢(shì)能轉(zhuǎn)變成其他形式的能,如純電阻電路將全部轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能,電解池電路將轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能和少量?jī)?nèi)能,電動(dòng)機(jī)電路將轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能和少量?jī)?nèi)能等等。 電流通過電阻時(shí)產(chǎn)生的熱量由實(shí)驗(yàn)得出為該式叫電熱定律,也叫焦耳定律,其焦耳定律為 1.電功及焦耳定律第23頁(yè),共25頁(yè),2022年,5月20日,6點(diǎn)45分,星期五熱功率密度也稱作焦耳定律的微分形式,它像歐姆定律的微分形式一樣,是對(duì)任意一點(diǎn)都是成立的。 例題
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 營(yíng)養(yǎng)師考試應(yīng)試技巧和試題及答案
- 2024演出經(jīng)紀(jì)人資格證考試復(fù)習(xí)計(jì)劃及試題答案
- 如何開展中介機(jī)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)管理的試題及答案
- 房地產(chǎn)經(jīng)紀(jì)資格考試要點(diǎn)與試題關(guān)聯(lián)分析
- 2024年?duì)I養(yǎng)師考試過關(guān)技巧與答案
- 2024演出經(jīng)紀(jì)人資格考試題
- 社交媒體與演出經(jīng)紀(jì)人資格證試題及答案
- 演出經(jīng)紀(jì)人資格考試要點(diǎn)總結(jié)
- 疾速提升:2025年房地產(chǎn)經(jīng)紀(jì)試題及答案技巧
- 演出經(jīng)紀(jì)人資格證核心知識(shí)點(diǎn)與試題及答案
- 生態(tài)修復(fù)工程監(jiān)理工作總結(jié)
- 武術(shù)傳承與推廣方案
- 存款保險(xiǎn)條例培訓(xùn)
- 2024年寧夏回族自治區(qū)中考英語(yǔ)試題含解析
- JJF(京) 112-2023 電導(dǎo)率法總有機(jī)碳分析儀校準(zhǔn)規(guī)范
- 部編人教版小學(xué)四年級(jí)下冊(cè)道德與法治一課一練(含答案全一冊(cè))
- Unit+6+the+admirable+Lesson+2+History+Makers+說課高中英語(yǔ)北師大版(2019)必修第二冊(cè)+
- 【小學(xué)數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)教學(xué)策略探究的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述5200字】
- 光伏發(fā)電項(xiàng)目試驗(yàn)檢測(cè)計(jì)劃
- 公司級(jí)員工安全培訓(xùn)試題含答案(達(dá)標(biāo)題)
- 項(xiàng)目會(huì)議管理制度及流程
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論