第6章电流密度有源电路的欧姆定律.

第6章直流电路第1节电流密度第2节有源电路的欧姆定律第3节基尔霍夫定律第4节惠斯通电桥第1、2节1电流电流密度2电阻率欧姆定律的微分形式3电源电动势4全电路欧姆定律静电场中的导体处于静电平衡时，其内部的场强为零，内部没有电荷作定向的宏观运动。如果把导体接在电源的两极上，则导体内任意两点之间将维持恒定的电势差，在导体内维持一个电场，导体内的电荷在电场力的作用下作宏观的定向运动，形成电流。Uv恒定电流1电流电流密度一、电流1、形成电流的条件（2个）•在导体内有可以自由移动的电荷（载流子）在半导体中是电子或空穴在金属中是电子在电解质溶液中是离子•导体两端有电势差。即导体内有电场。SI1电流电流密度一、电流2、电流的方向SI正电荷移动的方向定义为电流的方向电流的方向与自由电子移动的方向是相反的。dtdqI3、电流强度单位时间内通过任一截面的电量，叫做电流强度。是表示电流强弱的物理量，是标量，用I表示。I单位：库仑/秒=安培安培是国际单位制基本量毫安（mA）、微安（A）4、电流强度与电子漂移速度的关系•n——导体中自由电子的数密度•e——电子的电量•vd——假定每个电子的漂移速度在时间间隔dt内，长为dl=vddt、横截面积为S的圆柱体内的自由电子都要通过横截面积S，所以此圆柱体内的自由电子数为nSvddt，电量为dq=neSvddt通过此导体的电流强度为ddneSvdtdtneSvdtdqI＝＝定义：电流密度矢量的方向为空间某点处正电荷的运动方向,它的大小等于单位时间内该点附近垂直与电荷运动方向的单位截面上所通过的电量。二、电流密度dSdIdSdtdqj＝电流密度与电荷运动速度的关系dnevj设q0sdJvdtPvddneSvdtdtneSvdtdqI＝＝描述电流分布的物理量：电流密度电流线•在导体中引入的一种形象化的曲线，用于表示电流的分布•规定：曲线上每一点的切线方向与该点的电流密度方向相同；而任一点的曲线数密度与该点的电流密度的大小成正比三、电流的连续性方程恒定电流条件根据电荷守恒定律，在单位时间内通过闭合曲面向外流出的电荷，等于此闭合曲面内单位时间所减少的电荷1、电流的连续性方程dtdQdtdQi－2、稳恒电流条件电荷不随时间变化0＝dtdQi0＝SSdj电流线连续地穿过闭合曲面包围的体积，稳恒电流的电流线不可能在任何地方中断，永远是连续的曲线。0＝dI当导体中电流的大小和方向均不随时间变化，这样的电流称为稳恒电流。•欧姆定律对金属或电解液成立•对于半导体、气体等不成立，对于一段含源的电路也不成立RUI1、欧姆定律2电阻率一、电阻率欧姆（GeorgSimomOhm，1787-1854）德国物理学家，他从1825年开始研究导电学问题，他利用电流的磁效应来测定通过导线的电流，并采用验电器来测定电势差，在1827年发现了以他名字命名的欧姆定律。电流和电阻这两个术语也是由欧姆提出的。2、电阻定律对于粗细均匀的导体，当导体的材料与温度一定时，导体的电阻与它的长度l成正比，与它的横截面积S成反比SlRSdlR：电阻率g=1/：电导率对于粗细不均匀的导体二、超导体1、超导现象的发现超导体最早是由荷兰物理学家昂尼斯于1911年发现的。他利用液态氦的低温条件，测定在低温下电阻随温度的变化关系，观察到汞在4.2K附近时，电阻突然减少到零，变成了超导体。在低温物理作出的杰出贡献，获得1913年诺贝尔物理学奖。二、超导体2、超导现象的几个概念：有些金属在某些温度下，其电阻会突变为零。这个温度称为超导的转变温度，上述现象称为超导现象。在一定温度下能产生零电阻现象的物质称为超导体。3电源电动势一、电源+–1、电源在导体中有稳恒电流流动就不能单靠静电力，必须有非静电力把正电荷从负极板搬到正极板才能在导体两端维持有稳恒的电势差。这种能够提供非静电力的装置叫作电源。电源的作用是把其它形式的能量转变为电能。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。2、电源的种类电解电池、蓄电池——化学能→电能光电池——光能→电能发电机——机械能→电能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。+–二、电动势为了表述不同电源转化能量的能力，引入了电源电动势这一物理量。ldEqWk+–2、定义把单位正电荷绕闭合回路一周时，电源非静电力做的功定义为电源的电动势。单位：焦耳/库仑=（伏特）内ldEk因为电源外部没有非静电力，所以可写为：电源电动势的大小等于把单位正电荷从负极经电源内部移到正极时非静电力所作的功。3、计算4、说明：•电动势是标量，但有方向；其方向为电源内部电势升高的方向，即从负极经电源内部到正极的方向为电动势的方向。•电动势的大小只取决于电源本身的性质，而与外电路无关。•电动势的单位为伏特。•电源内部也有电阻，称为内阻。•电源两极之间的电势差称为路端电压。•路端电压与电源的电动势是不同的。当外电路断开时，二者才相等。4全电路欧姆定律一、一段含源电路的欧姆定律iRIABiRIABiBAIRUUiBAIRUU放电时充电时沿着绕行方向，若电势下降，则降低值取正数；若电势升高，则升高值取负数二、闭合电路的欧姆定律rRI0IrIRRrI闭合电路中电源电动势与总电阻之比等于电路中的电流，这就是全电路的欧姆定律。电源的端电压IrIRU电势降落的情况如右图所示沿着绕行方向，若电势下降，则降低值取正数；若电势升高，则升高值取负数