物理系普通物理电磁学3-课件.ppt
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- 物理系 普通 物理 电磁学 课件
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1、第四章第四章 稳恒电流稳恒电流 steady currentsteady current4.1 4.1 稳恒条件稳恒条件4.2 4.2 欧姆定律欧姆定律4.4 4.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律4.3 4.3 电源和电动势电源和电动势 electromotive force(emf)4.1 4.1 稳恒条件稳恒条件一一.电流强度和电流密度电流强度和电流密度1.1.电流电流强度强度大小:单位时间内通过某一横截面的电量大小:单位时间内通过某一横截面的电量dtdqI 方向:正电荷运动的方向方向:正电荷运动的方向单位:安培单位:安培(库仑库仑/秒秒)2.2.电流密度电流密度 current densit
2、ycurrent density对大块导体,需对大块导体,需电流密度电流密度的的概念来概念来进一步描写电流的进一步描写电流的分布。分布。例如:电阻法探矿例如:电阻法探矿(图示)图示)dIjdSdSdI导体中某点的电流密度,数值上等于和该点正电荷导体中某点的电流密度,数值上等于和该点正电荷定性向移动方向垂直的单位面积上的电流强度。方定性向移动方向垂直的单位面积上的电流强度。方向:该点正电荷定向移动的方向。向:该点正电荷定向移动的方向。1)电流线上某点的切向电流线上某点的切向与该点与该点 的方向一致;的方向一致;j 电流线电流线Pj为形象描写电流分布,引入为形象描写电流分布,引入“电流线电流线”的
3、概念:的概念:3.电流线电流线dNdS 2)电流线的密度等于)电流线的密度等于 j,jSN ddINdd 即:即:3)电流管电流管cosdIjdSjdSj dS4.4.电流密度和电流强度的关系电流密度和电流强度的关系sIj dS jnq 载流子载流子定向定向移动速度移动速度n 载流子载流子的浓度的浓度q 载流子载流子电荷电荷dInqdSdS j I电流线电流线 nqdSdSdIdInqdSj dS对对Cu:时时,2A/mm1 j27.4 10 mm/s电流有热效应,故应限制电流有热效应,故应限制 j 的大小:的大小:例如对例如对Cu导线要求:导线要求:2max10A/mmj对于超导导线,对于超
4、导导线,j 可达可达104A/mm2。j I电流线电流线 nqdS5.电流连续性方程电流连续性方程电流线发出于正电荷减少的地方电流线发出于正电荷减少的地方终止于正电荷增加的地方终止于正电荷增加的地方Sj线线dtdq内0 a.导体球导体球(一般(一般 R 10-2 )如图示,如图示,设设接地电流为接地电流为I.当当r=10a 时,时,小整个接地电阻的关键。小整个接地电阻的关键。a r 大地大地.ahIrrrIrrd42 raaI 4raU r 41 即即 90%的电势降落在的电势降落在 r=10a所以改善接地点附近的电阻,是减所以改善接地点附近的电阻,是减 a-r=0.9 U分析影响接地电阻的关
5、键:分析影响接地电阻的关键:的范围内。的范围内。说明:说明:该例只是极其理想化的接地模型,事实上影响接地该例只是极其理想化的接地模型,事实上影响接地电阻的因素很多,接地电阻是个不可精确测量的物理量。电阻的因素很多,接地电阻是个不可精确测量的物理量。例例.一球形电容器内、外导体球壳一球形电容器内、外导体球壳A和和B的半径的半径R1和和R3,两球壳间充满两层球壳形的均匀各向同性介质两球壳间充满两层球壳形的均匀各向同性介质 1、2,电导率各为电导率各为 ,两介质分层处半径两介质分层处半径R2,内外球壳内外球壳电压电压U为常量为常量,忽略线路的几何影响忽略线路的几何影响,求:求:(1)两介质区的电场)
6、两介质区的电场 E=?电流密度电流密度 j=?(2)两个介质分界面上的自由面电荷密度两个介质分界面上的自由面电荷密度 =?12,D的高斯定理的高斯定理?没有哪个地方电荷能无限积累没有哪个地方电荷能无限积累24.r jIconst24IjrR3R2R1 2 1ABQU21(1)1122234111111()()UIRRRR(2)2102212()4IR12114jIEr22224jIEr321212RRRRUE drEdrR3R2R1 2 1ABQU21002211()DDSqEE214.3 4.3 电源及电源及电动势电动势 electromotive force(electromotive f
7、orce(emfemf)1.1.电源及电源的作用电源及电源的作用 source of source of emfemf 非静电力非静电力 non-electrostatic forcenon-electrostatic force 非静电力场强非静电力场强EFqKKKKKLAq EdlqEdl经电源内部由负极移向正极过程中非静电力经电源内部由负极移向正极过程中非静电力所作的功所作的功q(t)E(t)I(t)要维持稳恒电流,要维持稳恒电流,L0d lE+qR-I+KFeF才才能在能在闭合电路闭合电路中形成稳恒电流。中形成稳恒电流。必须有必须有非静电力非静电力KF存在,存在,:KF电磁,电磁,化学
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