第25讲基础物理学(上)电磁学第三章直流电.ppt

§3-1. 电流的连续性方程 恒定条件 §3-2.欧姆定律 焦耳定律 §3-3.电源的电动势 §3-4.直流电路 名词解释 支路：电路中由电源、电阻串联而成的通路， 支路中电流强度处处相等 节点（或分支点）：三条或更多条支路的联接点。 回路：几条支路构成的闭合通路 有关金属的第一个理论模型 1900年德鲁特（PaulDrude）提出 把气体分子运动论用于金属，提出了经典的金属自由电子气体模型 金属自由电子气体模型 晶格（离子实）变化可以忽略 价电子可以脱离原子成为独立、自由的电子 除了电子与晶格碰撞一瞬间以外，忽略电子与晶格之间的相互作用，即“自由电子近似”. 忽略电子与电子之间的相互作用，即所谓的“独立电子近似”. 电子与离子实的碰撞是随机的瞬间事件，碰撞会突然改变电子速度（包括大小和方向），在相继两次碰撞间，电子作直线运动，遵从牛顿定律；同时碰撞还会使电子达到热平衡，碰撞后的电子速度方向是随机的. 金属中自由电子的运动和单原子的理想气体非常相似。 金属中自由电子作无规则热运动 其平均速率为v =105m/s， 电子在各个方向运动的机会均等 ∴无规热运动速度矢量和为零。 自由电子的运动相当复杂 除固有的不规则运动外，因电场的作用，将获得与场 强方向相反的加速度,并做有规则的定向运动——u 电子与晶格碰撞又不断破坏定向运动——v 电导率?与电子?、v、n的微观平均量相联系，是微观平均量的宏观体现； 从经典电子论的观点看电导率和电阻率确实与温度有关，温度升高，电阻率增大，电导率减小 闭合电路欧姆定律 直流电路中静电场的作用 电流场中，决定电场的电荷如何分布？ 在没有非静电力的地方，均匀导体内部没有净余电荷，电荷只能分布在导体表面或分界面上 证明：均匀导体——?与（x,y,z)无关 恒定电场起什么作用？ 保证电流的闭合性 决定电路中电流分布 四.温差电动势* 汤姆孙电动势—因金属两端温度不同产生的电动势 珀耳帖电动势： 当两种不同材料的金属接触，因自由电子密度不均匀引起的扩散—等效于一种非静电力，导致在接触面上维持异地的电动势——珀耳帖电动势 若闭合回路由两种金属A、 B组成，接头1、2温度分别为T1，T2 应用 ： 温差电偶 主要用于测量温度 优点是，测量范围广 受热面积和热容量都可以做得很小，可测量微小的温度变化或微小的热量 简单电路 由多个电源和多个电阻复杂联接而成的复杂电路， 一般情况下不能用电阻串并联等效变换化简 解复杂电路的方法： 基尔霍夫电路定律； 等效电源定理（即戴维南定理和诺顿定理）； 叠加定理； 等效变换等 其它解电路的方法可参看电工学教材。 习题: 3.1, 3.3, 3.5, 3.11 平衡电桥 等效——简单电路 §3-4.直流电路 §3-4.直流电路 直流电路的基本方程依据 理学院 邓胜华 05/2007 * S.H. DENG, W.J.ZHANG * * 理学院 物理系 陈强 第三章 直流电 电 磁 学 第二十五讲 一.电流和电流密度矢量 §3-1.电流的连续性方程 恒定条件 第3章 直流电 1.电流 —电荷的定向流动。 传导电流—导体中自由电荷的定向流动所形成。 极化电流—瞬变电场引起电介质极化电荷 宏观分布的变化所产生的电流。 磁化电流—外磁场作用下，因磁介质中分子 电流的整齐排列而出现的宏观电流。 电流(强度)：单位时间内通过某一横截面的电量 §3-1.电流的连续性方程 · · · · a b c d 单位：安培（A） 电流方向：正电荷运动的方向 2. 电流密度矢量 current density 电流大小对电流的描述比较粗糙,如对截面不等的导体， I不能反映同一截面不同处及不同截面处电流流动的情况。 引入电流密度矢量—描写空间各点电流分布的物理量。 电流密度矢量J 方向：该点正电荷定向流动的方向 大小：通过垂直于该点正电荷运动方向的单位面积上的电流。 ? dS dS? n 电流线 ·电流场：导体内每一点都有各自的J, J =J(x,y,z) 即导体内存在一个J 场——称电流场。 ·电流线：类似电力线，在电流场中可画电流线。 §3-1.电流的连续性方程 电流和电流密度的关系： 通过面元dS的电流 通过电流场中任一面积S的电流 电流就是电流密度的通量。 对闭合曲面S： 净流出闭合曲面的电流，即单位时间从闭合曲面内向外流出的正电荷的电量。 §3-1.电流的连续性方程 二.电流连续性方程 恒定条件 ? 电荷的定向流动可形成电流，也可引起空间 电荷分布的变