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电流及电流强度; 电流强度:单位时间内穿过某一截面的电量,又简称为电流,以 I 表示。电流的单位为A(安培)。 ;第25.26学时
5.1 恒定电流的电场 ;设通过ΔS的电流为ΔI,
则该点处的电流密度 J为 ;面电流密度 ; 运流电流的电流密度并不与电场强度成正比,而且电流密度的方向与电场强度的方向也可能不同。可以证明运流电流的电流密度J 与运动速度 v 的关系为 ;1、欧姆定律的微分形式
;材 料 ;2、 焦耳定律的微分形式 ;当ΔV→0,取ΔP/ΔV的极限,就得出导体内任一点的热功率密度,表??为 ;电荷守恒定律 ;电源外部导体中恒定电场的基本方程归纳如下: ;电流密度J与电场强度E之间满足欧姆定律J=σE。
以上的电场是指库仑场, 因为在电源外的导体中, 非库仑场为零。
因恒定电场的旋度为零,因而可以引入电位φ, E= -▽φ。 在均匀导体内部(电导率σ为常数),有 ;3.1.3 恒定电场的边界条件
1、两种导电媒质的边界;或 ;式中,Jn=J1n=J2n, 当 时, 分界面上面电荷密度为零。 ;可以看出,当σ1σ2,即第一种媒质为良导体时,第二种媒质为不良导体时,只要θ1≠π/2, θ2≈0,即在不良导体中,电力线近似地与界面垂直。这样,可以将良导体的表面看作等位面。 ;在导体(第一种媒质)与介质(第二种媒质)的分界面,因导体表面有恒定电荷,E2n?0,E1t=E2t,介质中紧挨导体表面处的电场强度与导体表面不垂直。 ;例 一个同心电容器的内、外半径为a、b,其间填充电导率为σ的导电媒质,如图所示,求该电容器的漏电电导。;解:媒质内的漏电电流沿径向从内导体流向外导体, 设流过半径为r的任一同心球面的漏电电流为I,则媒质内任一点的电流密度和电场为 ;漏电电导为 ; 恒定电流场与静电场的比拟 ;静电场(?=0处)
;例 计算深埋地下半径为a的导体球的接地电阻。设土壤的电导率为σ0。 ;解:导体球的电导率一般总是远大于土壤的电导率,可将导体球看作等位体。用静电比拟法,位于电介质中的半径为a的导体球的电容为 ;
在运动电荷的周围,除了电场,还存在一种称为磁场的物质。
描述磁场特性的基本物理量:磁感应强度
磁场的表现:对于引入场中的运动电荷有力的作用。如电荷q以速度 运动,磁场对其对作用力为;安培定律指出:在真空中载有电流I1的回路C1上任一线元dl1对另一载有电流I2的回路C2上任一线元dl2的作用力表示为 ;令 ;可以用上式计算各种形状的载流回路在外磁场中受到的力和力矩。;例 求载流I的有限长直导线外任一点的磁场。 ;解: 取直导线的中心为坐标原点,导线和z轴重合,在圆柱坐标中计算。 ;所以 ;例真空中有一载电流I,半径为R的圆形回路,求其轴线上P点的磁感应强度。
;第34页/共120页;两平行放置无限长直导线分别通有电流I1和I2 ,它们之间距离为d。求两导线单位长度所受的力。
I1处
I2单位长度受力;练习:计算线电流在真空中P点产生的磁感应强度;3.3 恒定磁场的基本方程 ;上式中, ,故可将其改写为 ;则有 ;使用散度定理,得到 ;5.2.2 安培环路定律 ;假设回路C′对P点的立体角为Ω,同时P点位移dl引起的立体角增量为dΩ,那么P点固定而回路C′位移dl所引起的立体角增量也为dΩ′。-dl×dl′是dl′位移-dl所形成的有向面积。注意到R=r-r′,这个立体角为 。把其对回路C′积分,就得到P点对回路C′移动dl时所扫过的面积张的立体角,记其为dΩ, 则以上的磁场环量可以表示为 ;可以证明,当载流回路C′和积分回路C相交链时,有 ;当穿过积分回路C的电流是几个电流时, 可以得到为一般形式: ;因积分区域S是任意的, 因而有 ;场中取一条半径为r的磁感应线作积分回路, ;如果取任一包围电流的回路, ;真空的磁场中,沿任意回路取的线积分,等于真空的磁导率乘该回路所限定面积上穿过的电流的代数和。 ;例半径为a的无限长直导线,载有电流I,计算导体内、外的磁感应强度。 ;当r≤a时, ;例
;解:
(1)芯线内,rR1,
电流密度J=I/?R12,作一半径为r的圆作为积分回路,用柱坐标,穿过圆面积的电流I’为
;;;磁偶极子 ;式中,m=Iπa2,是圆形回路磁矩的模值。一个载流回路的磁矩是一个矢量,其方向与环路的法线方向一致,大小等于电流乘以回路面积,即其定义为 ;位于外磁场B中的磁偶极子m,会受到外磁场的作用力及其力矩。 这里仅仅给出作用力及力矩的公式。作用力为 ;3.4.2 磁化强度 ;磁化电流示意图 ;例 半径为a、高为L的磁化介
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