赵凯华-电磁学-第三版-第三章-恒定电流-38-pages.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,第三章 稳恒电流,steady current,提要,：在,稳恒电流条件下，导体中的,电荷分布,不随时间改变，,电荷所产生的电场不变，对应电场基本性质与,静电场相同,。本章,利用前两章场的观点分析稳恒电流电路中,电荷分布、电场性质。,1.电流定义,：电荷的,定向,流动形成电流。,问题,为什么要求定向?,区别于,热运动！,作业,P170-172:6,8,17,P181:6,1 电流的稳恒条件和导电规律,一.电流强度、电流密度,2.传导电流形成条件,：（a）存在,自由,电荷（束缚电荷不能做宏观运动）；（b）,存在,推动电荷的,作用力,（静电力或非静电力）。,电流仅在某一导体截面上有定义，在某一点上没有定义，,不具备定义,矢量条件。,单位时间内,通过导体,某一横截面,的电量,单位：安培,3.电流方向,：正电荷运动的方向,问题,对于金属导体，规定是否,合理,？,等效的合理性,：,除,霍尔效应之外,的电磁学效应等效,4.电流大小（电流强度）,：,电子运动方向,等效,正离子流动方向,电流具有大小、方向，,电流是否为,矢量,？为什么？,问题,5.电流密度 current density,在大块导体中，各处的电荷流动速度不同,慢,快,慢,需要引入描述不同,点,的电荷流动的,局部,量,电流强度：,单位时间内通过导体,某一横截面,的电量。,-,整体量,（2）电流密度矢量,方向：,每一点上的正电荷流动方向,（1）为什么引入电流密度？,大小：垂直,于正电荷流动方向上,单位面积,上的电流强度,dI,6.电流密度和电流强度的关系,7.电流场、电流线,为什么可以构成电流场？,各点 有大小、方向,电,流线：参照电场线定义,电,流线如何描述电流场,方向：,大小：,参照电场线,电流强度是电流密度的,通量,dI,二.电流连续方程（,电荷,与,电流,的关系）、稳恒条件,线,1.电流连续方程的推导,在电流场中取闭合曲面,S,曲面,S,上电流密度通量与,曲面内 电荷,q,内,的关系,说明,流出,S,的,电流,闭合,S,面,的法向矢量,向外（外出！）,线,S内正电荷增加,电流线,终止于,dq/dt,0,处,2.电流线与电荷,运动、增减,的,2.,关系,对比分析,电力线,终止于,q0,正电荷在S内停止,电流线终止于S内,电流线,终止于-,dq/dt,0-,正电荷增加处）,图像理解,公式理解,电流线由何处发出？,-,dq/dt,0,处,即,dq/dt0,E,k,增加,低电位/高势能,高电位/低势能,A正极,电流,闭合循环,的推动过程：,外,:正极负极；,内：,负极正极,单位正电荷,所受的非静电力,能量变化：,We,降低,放出焦耳热,We,升高,能量来源？,电位变化：,外部：高低，,内部：低高,（正电荷）,二、电动势,由静电力的功引出电势差、电势,由,非静电力,的功引出一种所谓的势？,电动势,定义,在电源内部把单位正电荷,由负极,移,到正极,，,非静电力,所做的,功,电动势特性,与外电路无关,电源特性,(1)是,否接外电路(2)电流流动方向,非静电力,三、电源的路端电压,-,（负载两端的电压）,电源,正、负,两极间的,电压,差,(电动势？),路端电压定义：,（a）,积分路径,可选电源内部、外部(,选内部,!）,（b）电源内满足普遍的欧姆定律,?,说明,存在两种力,外电路：一种力,推动力,与,流,之间的关系,电源电动势,小,于路端电压：被,充电,(高),充,电,+l,充电,放,电,-,l,放电,充电,放电,理解与记忆,电源电动势,大,于路端电压:可,放电,理想电源、实际电源,理想电源,：内阻,特性：,即：无论充放电、电流大小,即：,电源提供的,路端电压恒定,恒压源,缺点：,电源提供的电压与电流有关,实际电,源,：内阻 ，等效于理想电源和电阻,串联。,电源的充、放电功率,放电：,理解与记忆：电源能量转化为 外电路能量,内阻热能,充电,：,理解与记忆：外部能量转化为 电源能量,内阻热能,四、闭合回路的电流强度和输出功率,1.电流强度,考虑,最简单,的电源,放电回路,利用已有公式,R两端电压：,路端电路：,闭合回路,（,全电路,）欧姆定律,短路,R,=0,2.输出功率及匹配条件,P,outmax,?,负载电阻与电源的,匹配条件,电源,最大,输出功率条件,dP,out,/dR=0,问题？,在实际应用中是否总是追求,最大,输出功率？,五、,稳恒电路导体中的,电荷,和,电流线,问题,静电,平衡 电荷分布在,表面,稳恒电流 电荷分布特性?,1.,电荷分布,研究方法：从满足的条件分析,普适,的推理方法,(a)时的导体电流稳恒条件,(b)分析,均匀导体,非均匀导体,在右图中的电流线管内,通过阴影闭合面的电通量,非,均匀导体,不同的非均匀情况,处处,不为零,连续不均匀,(a),(b),阶跃变化,连,续,不,连,续,V,0,仅,在,界,面处,存在电荷,问题,稳恒电流导体,表面,是否存在,电荷,？,稳恒时:,平行,导体表面,导体,表面,2.稳恒,电流线性质：,证明:假设不平行,由,知,0，表面正电荷增加,导体内电场变化,电流变化,不,稳,恒,矛盾,由稳恒,电流线性质分析,问题,稳恒 电流线,平行,导体表面的应用,假设为均匀导体,可知：,q,内,=0,假设：,q,表面,=0,电,场,q,表面,0,电流,q,表面,q,电极,共同产生,平行,于电流的电场,q,表面,如何分布？,q,表面,使,E,电极,强,的地方,减小,E,电极,弱,的地方,增加,不平行,但此时导体内,J,E,J,均匀,E,总,均匀,J,=,I,/,S,假设,S,均匀,最终状态：,J,=,E,导体内,，,电力线平行导体表面,相同之处,电场,不,随时间,改变,满足高斯定理,满足环路定理，是保守场，可引入电势概念,六.静电场和稳恒电场比较,不同之,处,电场产生源,：,稳恒电场,由,运动电荷,产生，电荷分布不 随时间改变；,静电场,由,静止,电荷,产生,电场,做功,：稳恒电场,对运动电荷,做功；,稳恒电路中有,能量转移。,静电场中电荷静止，电场,不做功。,稳恒,电路中导体内,存在电场,；,静电场,中导体内的电场,为零,电荷分布,静电场,q,表面,0,q,内,=0,稳恒电场,q,表面,0,均匀导体,q,内,=0,非均匀导体,q,内,0,电荷作用,产生电,场 ，在金属内部抵消,外部电场,使导体内部电,场 平行,导体表面，满足,导体面,体积最小的等位面,体积最大的电流管面,问题,导体内电场E不均匀,第三章结束,各截面,J（,=,I,/,S）,不同,电流分析,电荷分析,1,、字体安装与设置,如果您对PPT模板中的字体风格不满意，可进行批量替换，一次性更改各页面字体。,在,“,开始”,选,项卡,中,，点击“,替,换”按,钮右,侧箭,头,，,选,择“,替,换,字,体,”。（如下,图）,在图“替换”下拉列表中选择要更改字体。（如下图）,在“替换为”下拉列表中选择替换字体。,点击“替换”按钮，完成。,38,2,、替换模板中的图片,模板中的图片展示页面，您可以根据需要替换这些图片，下面介绍两种替换方法。,方法一：更改图片,选中模版中的图,片,（,有些图片与其他,对象,进行了组合，,选,择,时,一定要选中图,片 本身，而不是组合）。,单击鼠标右键，选择“更改图片”，选择要替换的图片。（如下图）,注意：,为防止替换图片发生变形，请使用与原图长宽比例相同的图片。,38,赠送精美图标,