第03章 恒定电流.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 恒定电流和电路,Steady Current and Electric Circuit,3-1,恒定电流与恒定电场,3-2,欧姆定律,3-3,焦耳楞次定律,3-4,电动势 含源电路欧姆定律,3-5,基尔霍夫定律,*,3-6,接触电势差与温差电现象,*,3-7,液体导电和气体导电,3-1 恒定电流与恒定电场,Steady Electric Current Strength and Steady Electric Field,(P157160),1.,电流强度,1.1,电流,导体内的载流子定向运动而形成电流。,单位时间里通过导体某一截面的电量：,1.2,形成电流的条件,1,）导体中有载流子；,2,）导体中有电场存在或导体两端有电势差。,1.3,电流强度,2.,电流密度,2.1,电流密度的定义,通过垂直于正电荷运动方向的单位面积的电流强度,:,电流密度为矢量,导体中某点电流密度的方向沿该点正电荷运动的速度方向,:,电流密度反映了电流在载流导体内的分布,:,1),曲线上各点的切线方向表示该处电流密度的方向；,2),曲线的疏密表示该点处场强的大小。,在导体中画一系列曲线，使得,2.2,电流线,（a）,（b）,2.3,电流强度与电流密度的关系,e,n,(a),J,S,S,I,(b),e,n,J,I,S,S,闭合曲面,:,（,c,）,一般情况,I,e,n,d,S,(c),J,2.4,电流的连续性方程,S,J,3,恒定电流和恒定电场,3.2,恒定电流的条件：,S,（,a,）,I,1,I,2,I,3,I,4,S,（,b,）,3.1,恒定电流,导体内各处的电流密度都不随时间变化的电流：,3.3,恒定电场,恒定电场：,不随时间变化的电荷分布产生的不随时间变化的电场。,恒定电场的性质：,具有与静电场类似的性质：,3-2 欧姆定律,Ohm Law,(P160164),1.,欧姆定律,1.1,欧姆定律,1.2,电阻,不均匀导体,电阻率,导电率,导体的电阻率与温度有关：,超导现象,2.,欧姆定律的微分形式,3.1,电流密度与载流子的运动速度的关系,3.,欧姆定律的微观解释,3.2,电流密度与电场强度的关系,，,与温度无关,，,O,R,2,R,1,r,d,r,作业：,3.1.7,3-3 焦耳楞次定律,Joule-Lenz Law,(P164170),1,电流的功和功率,I,V,A,V,B,X,2,焦耳楞次定律,若,X,为纯电阻,R,则,I,V,A,V,B,R,3,焦耳楞次定律的微分形式,热功率密度：,4,焦耳楞次定律的微观解释,作业：,3.1-13,3-4 电动势 含源电路欧姆定律,Electromotive Force and,Ohm Law for a Circuit Including Electrical Source,(P172180),1.,电源及电源电动势,1.1,非静电力,非静电场的场强,能提供非静电力以把其它形式的能量转化为电能的装置。,1.2,电源,1.2,电源的电动势,在电源内将单位正电荷从负极移动到正极的过程中非静电力所作的功：,闭合回路的电动势：,2.,闭合电路的欧姆定律,R,in,R,I,一般地：,3.,部分含源电路的欧姆定律,A,1,R,1,I,1,I,2,R,2,2,R,3,3,I,3,B,C,一般地：,4.,直流电路的能量转化,R,in,R,I,非静电力做功转化为内、外电路的焦耳热,一般情况：,电源做功代数和等于内、外电路消耗的焦耳热：电源做负功,表示电源充电。,1,R,in1,I,R,1,2,R,in2,R,2,G,A,B,K,C,I,2,1,D,R,R,x,R,g,5.,电动势的测量 电势差计,解：,作业：,3.3-2,3-5 基尔霍夫方程组,Kirchoff Equations,(P201206),1.,基尔霍夫方程组,1.1,基尔霍夫第一方程组,在任一节点处，流向节点的电流和流出节点的电流的代数和为零：,节点电流方程,1.2,基尔霍夫第二定律,任一闭合回路中各电阻上电势降落的代数和等于该回路中各电源电动势的代数和：,回路电压方程,2.,基尔霍夫定律的应用,计算复杂电路中各支路的电流,解题要点：,解：,解得：,作业：,*3-6 接触电势差与温差电现象,Contact Potential Difference and Thermoelectric Phenomena,1.,逸出功与热电子发射,1.1,逸出功：,金属中的价电子逸出金属表面所需要的能量。,1.2,热电子发射,2.,接触电势差,3.,温差电动势（热电现象）,3.1,塞贝克,(,Seeback,),效应与珀耳帖,(,Peltier,),效应,Q,1,Q,2,Q,1,Q,2,3.2,汤姆逊（,W.Thomson,）效应,4.,温差电现象的应用,*3-7 液体导电和气体导电,liquid Conductor and Gas Conductor,1.,液体导电,2.,气体导电,在通常情况下气体的自由电荷极少，是良好的绝缘体。但是由于某些原因气体中的分子发生了电离，它便可以导电，这种现象称为,气体导电,或,气体放电。,气体导电,被激导电,自持导电,2.1,被激导电,为使两极之间的气体能够导电，可用外加手段使之电离。例如：用紫外线，,X,射线或各种放射性射线照射，或者用火焰将气体加热都可使气体电离。这些能使气体发生电离的物质统称,电离剂。,2.2,自持导电,当两极电压增加到某一数值后，气体中的电流突然加剧，这时即使撤去电离剂导电过程仍能维持。这种情形称为气体的,自持导电,。,正负离子在电场中已获得相当大的动能，致使他们的各种碰撞过程足以产生新的离子，形成簇射。,获得较大动能的正离子轰击阴极，产生二次电子发射。,当气体中电流密度很大时，使阴极温度升高而产生热电子发射。,辉光放电,弧光放电,弧光放电伴有强烈的弧光并产生高温的一种气体放电。如在大气中先把两个电源为,10V,电压的两极相接触，然后慢慢拉开，即可产生弧光放电。其特点是极间电阻小、电压不高、电流却很强。当电流增大时，两极间电压则下降，并能发出强烈的光和热。电弧可作为强光源如弧光灯，或强热源如电弧炉。,火花放电,由于空气或其他电介质材料突然被击穿，引起带有瞬间闪光的短期放电现象。由于空气被击穿后突然由绝缘体变成导体，电流将迅速增大。火花放电常伴有爆裂声并具有间歇性。雷电就是自然界中大规模的火花放电现象。在其他条件不变时，引起火花放电的击穿电压完全取决于电极形状及其间距离。,