电流和电流密度答辩
机电助理工程师答辩题
机电初级职称答辩题1、井下煤尘和瓦斯均能引发爆炸，引发瓦斯爆炸的理论最小能量是多少？答:最小点燃能量是0.28mj.2、万用表一般由哪三部分组成？答：表头、测量线路、转换开关.3、对于同一个短路点，三相短路电流和两相短路电流的关系是什么？答：三相短路电流是两相短路电流的1。
15倍4、井下电缆与压风管、供水管在巷道同一侧敷设时的要求是什么？答:必须敷设在管子上方，并保持0。
3m以上的距离。
5、煤矿井下使用什么样的电动机时应采用真空电磁起动器控制？答：在使用40KW及以上的电动机时应采用真空电磁起动器6、采区电气设备使用哪种电压等级时，必须制定专门的安全措施。
答：在使用3300V供电时,必须制定专门的安全措施.7、井下机电设备硐室内各种设备相互之间应留出多少米以上的通道？答：井下机电设备硐室内各种设备相互之间应留出0.8米以上的通道8、井下机电设备硐室内各种设备与墙壁之间应留出多少米以上的通道？答:井下机电设备硐室内各种设备与墙壁之间应留出0。
5米以上的通道9、采煤机摇臂升起后自动下降的原因是？答：液压锁失灵10、矿井供电系统安全供电的三大保护是指？答:接地、过流、漏电保护。
11、常用兆欧表的额定电压可分为以下哪几个等级?答：100V、500V、2500V。
12、交流电的三要素？答：最大值、初相角、频率。
13、井下漏电故障按性质可分为哪两种？答:集中性漏电、分散性漏电.14、井下供电的“三无”是？答:无鸡爪子、无羊尾巴、无明接头15、“一炮三检"是指？答：装药前、放炮前、放炮后。
16、三极管的主要参数有什么?答：1。
电流放大倍数2.反向饱和电流3。
穿透电流17、液压系统由哪些元件构成？答:液压系统有动力元件、控制元件、执行元件、辅助元件.18、变压器的功能是？答：能将高电压变成低电压，也能将低电压变成高电压19、开掘工作面防治水的原则是?答:有疑必探，先探后掘。
20：人体触电的方式主要有哪两种？答：直接接触触电、间接接触触电。
电流和电流密度汇总
dS
单位体积内 的载流子数 目为n
•取一个垂直于场强方向的微小截面 dS •每秒内通过截面 dS 的电量为 q ndS
•过截面 dS 的电流强度： dI qndS
dI J dS
J qn
三、电流密度和电流强度的关系
dI J dS
dI JdS dI J dS I J dS
恒定电场
电荷分布不随时间改变 但伴随着电荷的定向移动
导体内电场不为零，导 体内任意两点不等势 稳恒电场的存在总要 伴随着能量的转换 电场有保守性，它是 保守场，或有势场
14.2 电流的一种经典微观图像
一、欧姆定律的微分形式
•设导体内有电场 E
•每个自由电子受力 •加速度
eE a m
f eE
V
q
Fmax 与 Fmax q0 比值 是一 但对磁场中某一指定点而言， 个与 q0 和 的大小都无关的恒量， 这恒量仅与磁场在 该点的性质有关。
Fmax 定义磁感应强度B为 B q0
磁感应强度B:
Fmax 大小: B q0
方向: 单位: 小磁针在该点的N极指向
T(特斯拉)
4
B dS 0
穿过任意闭合曲面的磁通量为零 磁场是无源场。
洛仑兹力
V
q
F qE qv B
电场力 磁场力
洛仑兹力公式
运动电荷在磁场中所受的磁场力
f m qv B
力与速度方向垂直。不能改变速度大小，只能改变速度方向。
14.5 带电粒子在磁场中的运动
S
N
S
电流密度的定义
电流密度的定义电流密度的定义电流密度是指单位面积内通过导体横截面的电流量，通常用符号J表示。
它是描述电流分布情况的重要物理量，可以帮助我们了解电路中各部分的电流状况，从而优化设计和调试。
一、基本概念1.1 电流密度的定义电流密度是指单位面积内通过导体横截面的电流量。
在国际单位制中，它的单位为安培每平方米(A/m²)。
1.2 电流密度与导体截面积在同一导体中，如果其截面积越大，则通过它的总电流也就越大。
但是，在不同大小的截面上，同样大小的电流所对应的电荷数目也是不相同的。
因此，为了比较不同大小导体上通过相同大小电荷时所产生的效果，引入了单位面积内通过导体横截面所带有的总电荷数目这一概念——即“表面电荷密度”。
1.3 电流密度与表面电荷密度在同一导体上，如果表面电荷密度越大，则其对应单位面积内通过导体横截面所带有的总电荷数目也就越多，因此电流密度也会相应增大。
但是，由于表面电荷密度的分布不均匀，在同一导体上不同位置的电流密度也会有所差异。
二、计算方法2.1 电流密度与电流强度在直流电路中，通过导体的总电流可以用欧姆定律来计算：I=V/R，其中V为导体两端的电势差，R为导体的电阻。
如果将导体横截面分成若干个小区域，并分别计算这些小区域内通过的电流量，则可以得到各个小区域内的电流密度J。
根据定义可知，J=I/S，其中S为小区域的面积。
2.2 电流密度与磁场强度在交变磁场中，导体内部会产生感应电动势和感应电流。
根据法拉第定律可知，感应电动势E=-dφ/dt，其中φ为磁通量。
如果将导体横截面分成若干个小区域，并分别计算这些小区域内感应出来的磁通量，则可以得到各个小区域内的磁场强度H。
根据安培环路定理可知，在闭合回路中通过的总磁通量等于回路内部的总电流乘以回路所围面积，即Φ=I·S。
因此，可以得到各个小区域内的电流密度J=I/S=Φ/(SH)。
三、应用领域3.1 电力工程在电力系统中，电流密度是评价导线搬运能力和安全性的重要指标之一。
电流和电流密度
B p eR
1.6
1.49 1018 1019 240
A. 通过 B图曲面的 m 最大 B. 通过 D图曲面的 m最大 C. 通过 C图曲面的 m最大 D. 通过四个曲面的 m 相同
四、磁场中的高斯定理
S
m B • dS
B
B • dS 0
穿过任意闭合曲面的磁通量为零 磁场是无源场。
洛仑兹力
V
q
洛仑兹 力公式 F qE qv B
电场力 磁场力
方向: 小磁针在该点的N极指向 单位: T(特斯拉)
1T 104G (高斯)
磁感应强度B具有叠加的性质 B Bi
三、磁感线
方向：切线 大小：B dm
dS
Bb
b
Ba a
Bc
c
B
直线电流的磁感线
I
圆电流的磁感线 通电螺线管的磁感线
I
I
I
1、每一条磁感线都是环绕电流的闭合曲线，都与闭 合电路互相套合，因此磁场是涡旋场。磁感线是无头 无尾的闭合回线。
稳恒电场的存在总要 伴随着能量的转换
电场有保守性，它是 保守场，或有势场
电场有保守性，它是 保守场，或有势场
14.2 电流的一种经典微观图像
一、欧姆定律的微分形式
•设导体内有电场
E
•每个自由电子受 力
•加速度
a
eE
m
f eE
•每次碰撞后瞬间平均而言， 0i
定向速度为零 0i 0
·
某次碰撞
2、任意两条磁感线在空间不相交。
磁通量——S 穿过磁场B中任一曲面的磁力线S的条 数n
B
m BS
S
dS
n
B
m B • S BS cos
大学物理电磁学作业解答：1 电流和电流密度
• 电流强度
单位时间内通过任一截面的电量，表示了电路 中电流强弱的物理量。它是标量用 I 表示。
lim I
q dq
标量
t0 t dt
单位：库仑/秒=安培 （CT 1） A
规定正电荷流动 的方向为正方向。
I
它是国际单位中的基本量。 常用毫安（mA）、微安（A）
3
1.1 电流密度矢量 j
必要性：当通过任一截面的电量不均匀时，用
分布不随时间改变 ) 产生恒定的电场与静电场 服从同样的基本规律。 如高斯定律和环路定理。电势差的概念相同。
但在稳恒电场中导体内部的场强不等于零
9
§3 欧姆定律的微分形式和电阻
3.1 欧姆定律 I U
R
适用于金属导体、电解液
它给出一段电路两端的电压与电流的关系。是实验规律。
• 电阻
R (resistance)电阻，单位 (ohm)欧姆
即电量为：
5
dq en dSu dt
| j | enu
铜导线一般 n～1028m-3 ，u～0.15mm/sec 所以，电流密度大小为 j～104 米/秒 。
因为肌体对电的反应强弱主要取决于电流密度的大小，
所以电1.流2 密I设与度某的j点概的处念关电在系流研密究度直为流j 电，的生理作j用// 时很j重要。
nˆ 为 dS 面的法 线方向。 j j j//
nˆ j
dI | j | dS jndS j dS
6
通过一个有限截面 S的电流强度为：
I S j dS
也可称电流强度是电流密度矢量通过 S面的通量。
§2 稳恒电流
2.1 电流的连续性方程
类之为电流场。
曲的j线的大上方小每向。，一曲点线的即的切|疏线j 密方|表向电示就流它是线的数密度。
全国高中物理竞赛稳恒电流专题
稳恒电流【知识点】1、电流和电流密度定义：电流（I ）指单位时间内通过导体任一截面的电量，即 dtdqI =电流密度 (J )，通有电流的导体中，每一点电流密度大小等于通过该点单位垂直截面的电流，电流密度的方向是该点正电荷运动的方向，即 n e dS dIJ ⊥= 2、电阻定律金属导体的电阻是由它的长短、粗细、材料和温度决定的，其数学表达式为 L R Sρ= 式中L 为导体的长度，S 为导体的横截面积，ρ为导体的电阻率。
在强度变化不大时，金属电阻率ρ与温度的关系近似为0(1)t ρρα=+式中0ρ是这种金属在0℃时的电阻率，α叫做这种金属的温度系数。
3、电动势定义：电源内单位正电荷从负极通过电源内部移到正极时，非静电力所做的功，其表达式为KEdl ε+-=⎰式中，K E 为单位正电荷反受到的“非静电力”，又称作“非静电性场强”，因电源外部0=K E ，电动势定义又可表示为K LE dl ε=⎰4、欧姆定律及其微分形式流过一段导体的电流强度I 与导体两端的电压U 成正比，跟导体的电阻R 成反比，数学表达式为UI R=或 U IR = 其微分形式为j E σ=，σ为电导率。
5、电功和电热电流在电路中做的功叫电功，电功的实质是电场力做功，因此有 W qU ItU UIt ===导体中通过电流时会有热量放出，英国物理学家焦耳通过实验得出导体放热的经验公式，即焦耳定律为2Q I Rt = 6、含源电路的欧姆定律如图（1）所示含有电源的电路，称为含源电路。
假设电流从a 到b ，沿着电流方向，a 、b 两点间的电流、电阻以及电动势有如下关系：1122a b U Ir IR Ir U εε+----=a 、b 两点间的电势差1212()()ab a b i i i U U U Ir Ir IRI R εεε=-=-++++=+∑∑上式是含源电路欧姆定律的一般表述。
7、闭合电路的欧姆定律对于如图（2）所示的闭合电路，仍可沿用含源电路的欧姆定律，整个回路的电势升、降总和为零。
2020-2021学年高二物理竞赛电流电流密度
j dS j dV
s
v
dq dt
v
t
dV
得
j
0
t
电流连续方程微分形式
2. 电流的恒定条件
0
t
j 0
S j dS 0
恒定电流的电流线不可能在任何地方中断，它们永远是闭合曲线。 8
欧姆（Georg Simom Ohm，1787-1854）
德国物理学家，在1827年发现了以他名字命名 的欧姆定律。
dq
j dS
S
dt 连续性方程积分形式
左侧：单位时间内由S 面流出的电量；
右侧：单位时间内S 面的电量减少量。
当 dq 0时,有
j dS 0，则流入S面内电荷量多于流出量。
dt
当 dq
0时,有
S
j dS
0，则流出S面内电荷量多于流入量。
dt
S
7
利用数学上的高斯定理
导体1 J1
S
上底
下底
侧面
J1
nS
J2
nS
(J2 J1) nS
0
电流和电阻这两个术语也是由欧姆提出的。
1、电阻率，欧姆定律
+
R
I
_I GU
IU R
U
G ——电导（S西门子）
R=1/G——电阻（Ω欧姆）
•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。
9
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
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
电流与电流密度
磁场方向关 系
磁场对导体的影 响与磁场方向和 导体电流方向有
关
洛伦兹力描 述
磁场对导体的影 响可以通过洛伦 兹力来描述，这 种力是磁场对运 动电荷施加的力
安培环路定理
安培环路定理指出，电流密度在闭合回路上的环 量等于通过该闭合回路的总电流量。这一定理为 计算电流在不同回路上的影响提供了便捷的方法， 是电磁学中的重要原理之一。
● 06
第6章 电流密度在电子学中 的应用
晶体管
晶体管是一种电子器 件，通过电流控制电 流的流通。在晶体管 中，电流密度对器件 的工作性能有重要影 响。
集成电路
大规模集成 电路
功耗低
数字集成电 路
稳定性高
模拟集成电 路
速度快
光电子器件
01 光电转换效率
光信号转换为电信号
02 响应速度
电信号转换为光信号
电流与电流密度
汇报人：XX
2024年X月
目录
第1章 电流与电流密度 第2章 电流在导体中的传输 第3章 电流密度与磁场 第4章 电流密度与能量 第5章 电流密度与电磁场 第6章 电流密度在电子学中的应用 第7章 总结与展望
● 01
第1章 电流与电流密度
电流的概念
电流是电荷在单位时 间内通过导体横截面 的流动，通常用符号 I表示。电流的单位 是安培(A)，1安培等 于1库仑每秒。
● 03
第3章 电流密度与磁场
洛伦兹力
洛伦兹力是指磁场对 载流子运动产生的侧 向力，其方向取决于 磁场和电流的方向。 在电流流动时，磁场 会施加洛伦兹力，影 响载流子的运动轨迹。 这种力的存在在电磁 学中具有重要意义。
磁场对导体的影响
电流产生磁 场
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dS
单位体积内 的载流子数 目为n
•取一个垂直于场强方向的微小截面 dS
•每秒内通过截面 dS 的电量为 q ndS
•过截面 dS的电流强度： dI qndS
J dI dS
J qn
三、电流密度和电流强度的关系
dI J
dS
dI JdS dI J dS
v qB
粒子做匀速圆周运动
空间内分布着相互垂直的均匀磁场和均匀电场如图所 示.今有一个粒子a能够沿竖直方向穿过该空间,则
A. a必带正电 B. a必带负电 C. a必不带电 D.不能判定a是否带电
图示为一均匀磁场,其分布范围为x = 0到 x = ∞, y =±∞的 空间一个电量为正q、质量为m的粒子,以速度v 从 x = 0,y = 0,沿x正向处进入磁场。带电粒子受磁场偏转后,逸出磁场 处的坐标为
2、任意两条磁感线在空间不相交。
磁通量——穿过磁场中任一曲面的磁力线的条数
S
B
Sn
B
m BS
S
dS
n
B
m B S BS cos
S
dS
n
B
m B dS B cosdS m B dS B cosdS
1.永磁体同极相斥，异极相吸
SN
S
N
磁铁
磁铁
2.磁体对电流的作用 3.奥斯特实验
磁体
电流
磁体
电流
磁体
电流
4.磁体对运动电荷的作用
电子束 S
N
5.平行电流间的相互作用
F F I
+ 磁体 运动电荷
电流 电流
磁铁 运动的电荷 磁铁
磁铁 电流
磁铁
磁现象的电本质
电流
运动的电荷
运动的电荷
电流
磁力： 运动电荷之间相互作用的表现
(C)
(D)
(1)v与 B 平行或反平行
B
f 0 v c
(2) v与B垂直
粒子做直线运动
× ×× × ××
f qvB
× × × × × ×B
v2 qvB m
R mv
R
qB
T 2R 2m
× × ×f × × ×
× × × × × × × × ×q × × ×v
tT 2
1 2R 2 0
(3) v与B 成角
v// v cos
v v sin
R mv mv sin
qB
qB
T 2m
qB
v
v
v//
B
螺距 d： d v//T v cos T 2mvcos
qB
磁聚焦
极光
极光的形成 范艾伦辐射带
在均匀磁场中,以周界为L的同一平面上张有如图A、 B、C、D所示的四种形状的不同曲 面,则穿过每个曲 面的总磁通量 m 为
A. 通过 B图曲面的 m 最大 B. 通过 D图曲面的 m最大 C. 通过 C图曲面的 m最大 D. 通过四个曲面的 m 相同
四、磁场中的高斯定理
S
m B dS
A. x 0, y m
qB
B. x 0, y 2m
qB
C. x 0, y m
qB
D. x 0, y 2m
qB
习题14.9 北京正负电子对撞机中电子在周长为240m的 储存环中作轨道运动。已知电子的动量是 1.491018kg m / s
求：偏转磁场的磁感应强度。
磁感应强度B具有叠加的性质 B Bi
三、磁感线
方向：切线 大小：B dm
dS
Bb
b
Ba a
Bc
c
B
直线电流的磁感线
I
圆电流的磁感线 通电螺线管的磁感线
I
I
I
1、每一条磁感线都是环绕电流的闭合曲线，都与闭 合电路互相套合，因此磁场是涡旋场。磁感线是无头 无尾的闭合回线。
J
dS
dq
——电流的连续性方程
S
dt
对恒定电流有： J dS 0 S
在恒定电流情况下，导体内电荷的分布不随时间改
变。不随时间改变的电荷分布产生不随时间改变的
电场，这种电场称恒定电场。
静电场
产生电场的电荷始终 固定不动
静电平衡时，导体内电 场为零，导体是等势体
维持静电场不需要 能量的转换
I SJ dS
穿过某截面的电流强度等于通过该面的电流 密度的通量。
电流强度是电流密度的通量。 dI dS dS
四、电流的连续性方程
I SJ dS
单位时间内从封闭面内向外流出的正电荷的电量。
SJ
dS
dq dt
——电流的连续性方程
五、稳恒电场
恒定电流：导体内各处的电流密度都不随时间变化
R mv qB
B p eR
1.6
1.49 1018 1019 240
(2
)
0.244T
习题14.6 如图，一电子经过A点时，具有速率
（1）欲使这电子沿半圆自A至C运动，试求所需的磁场
大小和方
向 e0
B
m
02
R
B m0
eR
0
A
C
10cm
(2)求电子自A运动到C所需的时间。
恒定电场
电荷分布不随时间改变 但伴随着电荷的定向移动
导体内电场不为零，导 体内任意两点不等势
稳恒电场的存在总要 伴随着能量的转换
电场有保守性，它是 保守场，或有势场
电场有保守性，它是 保守场，或有势场
14.2 电流的一种经典微观图像
一、欧姆定律的微分形式
•设导体内有电场
E
•每个自由电子受力
•加速度
I n(e)hbU H
1 IB n(e) b
IB U H RH b
q>0
f洛
qv
B
fe qEH
f洛 fe EH vB
F合 0
Z
y
B
A
I
h
I
EH
B
+++++
fe
++++
+f洛++
I
x b
A
UH EH h hB
ne2
m
E
•定义电导率： ne2 1
m
J E
欧姆定律
U
I JS
J E
I EJ
S
ES
E Ul
l
US l
SU
l
1
l R
S
I U R
14.3 磁力与电荷的运动
静止电荷 静电力 静止电荷 运动电荷 磁力 运动电荷 磁力现象：
I nqvhb
IB U H nqb
IB U H RH b
霍耳效应的应用
1 IB U H nq b
1、确定半导体的类型
n型半导体载流子为电子 p型半导体载流子为带正电的空穴
2、根据霍耳系数的大小的测定， 可以确定载流子的浓度
3、可以通过霍尔电压来测量磁场B
霍耳效应已在测量技术、电子技术、计算技 术等各个领域中得到越来越普遍的应用。
a
eE
m
f eE
•每次碰撞后瞬间平均而言， 0i
定向速度为零 0i 0
·
某次碰撞
ti
i
·
下一次碰撞
•设两次碰撞间电子平均
自由飞行时间为
i
0i
eE m
ti
•下次碰撞前的定向速度 a e E
m
•由
J
ne
有
J
14.1 电流和电流密度 一、电流
电流—— 大量电荷有规则的定向运动形成电流。 电流强度—— 单位时间内通过某截面的电量。
大小： I dq dt
单位（SI）：安培（A）
方向：规定为正电荷运动方向。
二、电流密度
不同形状导体的电流线
电流密度: J dI dS
电流密度公式推导：
载流子
平率均为速
大小 dF IdlBsin
方向判断 右手螺旋
arcsin( Idl ,B )
载流导线受到的磁力
F
dF
Idl
L
B
平行z 轴有一长为L的载流直导线, 电流为I , 该导线处在 一均匀磁场B中,沿三个坐标轴的分量分别为Bx , By , Bz .
以下结论中哪个是正确的?
B
fe (e)EH
Z
y
B
A
I
h
++E+++H+B++I++++++++++ff++洛 e ++++ I
A
x
b
f洛 fe EH B F合 0