《恒定电流和电路》PPT课件
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t
S2
S1
I
r1 r2
解:扇形碳制电极横截面的面积不是常数，因此在电极上取一半径为r，长度为 dr的一微小长度，此处电极横截面积为S=tr。其电阻为
dR dl dr
S tr
R r2 dr ln r2
r1 tr t r1
例2： 同轴电缆的漏电阻。
R1 R2
dr
r j
a
dR dr 2ra
j//
I S j dS
电流强度就是电流密度矢量通过S面的通量
若是稳恒电流
对封闭曲面
I j dS
S
j dS 0 －－稳恒电流条件
S
电
S S
流
线
j
j n
j j j//
4.2 欧姆定律 电阻率 欧姆定律微分形式 4.2.1 欧姆定律 部分均匀电路欧姆定律
I Va Vb U RR
L
L
L
q K dl =qE =ItE
电源的功
4.4.2 电动势ຫໍສະໝຸດ Baidu
E dA dq
K dl
把单位正电荷从负极板经内电路搬至正极板，电源非静电力做的功。
* 为了便于计算,规定 E 的方向由负极板经内电路指向正极板，即正电荷运动
的方向。
+-
方向从负极指向正极
单位：焦耳/库仑=（伏特）（V）
• 静电力使正电荷从高电势移到低电势 • 非静电力使正电荷从低电势移到高电势
电源：提供非静电力的装置 把其它形式的能量转换为电能
泵 水池
分析非静电力的作用
演示动画：电源的电动势
Fk
F
q
K Fk q
为单位正电荷所受的非静电力
W q(K E电） dl qK dl qE电 dl
或 U IR
IR
V1
V2
R为比例系数，为电阻，单位为
电导： 电阻：
G 1 R
单位为西门子（S=-1）
R l l
S S
（注意l与S 的取值）
4.2.2 电阻率
( m) 与材料和温度有关
实验表明：化学纯的金属电阻率，都很有规律地随温度的升高而增大。
在0℃附近、在温度变化不大的范围内，金属的电阻率与温度的关系为：
4.1 电流 电流密度
形成电流的条件：
• 在导体内要有可以自由移动的电荷或叫载流子
• 在导体内要维持一个电场，或者说在导体两端要存 在有电势差。
电流强度I
I
单位时间内通过导体任一截面的电量
I lim q dq （I是电学的基本单位） t0 t dt
单位：安培
1安培（A）=1库仑/秒
常用毫安（mA）、微安（A）
dU
R dl
dS
R dl
据一段均匀导体的欧姆定律有
dI dU dU dS
R dl
dI 1 dU
dS dl
即 j 1 E E
j
E
1
E
欧姆定律的微分形式
j
dS
对于一般的金属或电解液，欧姆定律在相当大的电压范围内是成立的，即电流 和电压成正比。
气体
半导体
对于许多导体（如电离了的气体）或半导体，欧姆定律并不成立。气体中的电 流一般与电压不成正比。
*4.3 金属导电的经典电子论的基本概念
1.无规则运动（热运动）平均速率
v 8kT m
与m有关，所以电子的运动速率远大于分子，数量级约105 m/s
2.平均定向（漂移）运动速率：
u
数量级约10-4 m/s
是由电子在外电场的作用下获得的，无外电场时，定向运动速率为零。电子运动= 热运动+定向运动
u 3.j 与
方向：正电荷运动的方向
4.1.2 电流密度
必要性：当通过任一截面的电量不均匀时，用电流强度
来描述就不够用了，有必要引入一个描述空间不同点电
流的大小。
I
1. 电流密度矢量
j
• 空间某点处电流密度矢量 j 的方向为该点处正电荷的运动方向 （或说为该点电 场强度的方向）
在大块导体中各点j有不同的数值和方向，这就构成一矢量场，即电流场。像电 场用电力线来形象描绘一样，电流场用电流线来描绘，曲线上各点的切线方向代 表该点的电流密度j的方向。
0[1 (T2 - T1)]
0是温度为零度时的电阻率，是电阻温度系数
电导率：
1 (S / m)
通常金属的电导率随温度上升而减小；电介质和半导体的电导率随温度上升而增 加。
例1: 一块扇形碳制电极厚为t，电流从半径为r1的 端面S1流向半径为r2的端面S2，扇形张角为 。求 S1和S2面之间的电阻。
* E 越大表示电源将其它形式能量转换为电能的本
领越大。其大小与电源结构有关，与外电路无关。
因为电源外部没有非静电力，所以：
内电路
E K dl in
的关系
I nesu j neu
u
j
S
4.4 电源 电动势
为了在导体内部形成稳恒电流必须在导体内建立一 个稳恒电场。
+–
4.4.1 电源
• 单靠静电场不能在导体中维持稳恒的电流流动
• 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，在导体中维持稳恒的电场及稳恒的电流。
第四章 恒定电流和电路
内容 ： 1. 电流 电流密度 2. 欧姆定律 电阻率 欧姆定律微分形式 *3. 金属导电的经典电子论的基本概念 4. 电源 电动势 5. 基尔霍夫定律 6. 电源的功率 *7. 电子的逸出功 *8. 温差电现象
重点： 基尔霍夫方程
难点： 正确理解基尔霍夫方程回路
4.1.1 电流
• 大小等于单位时间内在该点附近垂直于电荷运动方向的单位截面上所通过 的电量
| j | dI dq dS dt dS
单位：安培/米2
j I 2. 与 的关系：
设某点处电流密度为 ， 为
面的j法线n方向
dS
dI | j | dS jndS j cosdS j dS
由电流密度计算通过一个有限截面S的电 流强度
0.08
0 24
T(K）
如He在4K以下电阻变为零
迄今为止，已发现28种金属元素（地球的常态下）以 及合金和化合物具有超导电性。还有一些元素只高压 下具有超导电性。提高超导临界温度是推广应用的重 要关键之一。超导的特性及应用有着广阔的前景。
4.2.3 欧姆定律的微分形式
如图一段电阻率为的导体电阻R为：
R
dR R2 dr R1 2ra
ln R2 2a R1
超导体 当温度降到某一温度时，某些金属、合金以及化合物的电阻率会突然降 到很小，这种现象称作超导电现象。
具有超导电性的物体称为 超导体（superconductor )
0.16
He
在这特定的温度下从 正常态变为超导态， 这温度叫做转变温度 或居里点。
S2
S1
I
r1 r2
解:扇形碳制电极横截面的面积不是常数，因此在电极上取一半径为r，长度为 dr的一微小长度，此处电极横截面积为S=tr。其电阻为
dR dl dr
S tr
R r2 dr ln r2
r1 tr t r1
例2： 同轴电缆的漏电阻。
R1 R2
dr
r j
a
dR dr 2ra
j//
I S j dS
电流强度就是电流密度矢量通过S面的通量
若是稳恒电流
对封闭曲面
I j dS
S
j dS 0 －－稳恒电流条件
S
电
S S
流
线
j
j n
j j j//
4.2 欧姆定律 电阻率 欧姆定律微分形式 4.2.1 欧姆定律 部分均匀电路欧姆定律
I Va Vb U RR
L
L
L
q K dl =qE =ItE
电源的功
4.4.2 电动势ຫໍສະໝຸດ Baidu
E dA dq
K dl
把单位正电荷从负极板经内电路搬至正极板，电源非静电力做的功。
* 为了便于计算,规定 E 的方向由负极板经内电路指向正极板，即正电荷运动
的方向。
+-
方向从负极指向正极
单位：焦耳/库仑=（伏特）（V）
• 静电力使正电荷从高电势移到低电势 • 非静电力使正电荷从低电势移到高电势
电源：提供非静电力的装置 把其它形式的能量转换为电能
泵 水池
分析非静电力的作用
演示动画：电源的电动势
Fk
F
q
K Fk q
为单位正电荷所受的非静电力
W q(K E电） dl qK dl qE电 dl
或 U IR
IR
V1
V2
R为比例系数，为电阻，单位为
电导： 电阻：
G 1 R
单位为西门子（S=-1）
R l l
S S
（注意l与S 的取值）
4.2.2 电阻率
( m) 与材料和温度有关
实验表明：化学纯的金属电阻率，都很有规律地随温度的升高而增大。
在0℃附近、在温度变化不大的范围内，金属的电阻率与温度的关系为：
4.1 电流 电流密度
形成电流的条件：
• 在导体内要有可以自由移动的电荷或叫载流子
• 在导体内要维持一个电场，或者说在导体两端要存 在有电势差。
电流强度I
I
单位时间内通过导体任一截面的电量
I lim q dq （I是电学的基本单位） t0 t dt
单位：安培
1安培（A）=1库仑/秒
常用毫安（mA）、微安（A）
dU
R dl
dS
R dl
据一段均匀导体的欧姆定律有
dI dU dU dS
R dl
dI 1 dU
dS dl
即 j 1 E E
j
E
1
E
欧姆定律的微分形式
j
dS
对于一般的金属或电解液，欧姆定律在相当大的电压范围内是成立的，即电流 和电压成正比。
气体
半导体
对于许多导体（如电离了的气体）或半导体，欧姆定律并不成立。气体中的电 流一般与电压不成正比。
*4.3 金属导电的经典电子论的基本概念
1.无规则运动（热运动）平均速率
v 8kT m
与m有关，所以电子的运动速率远大于分子，数量级约105 m/s
2.平均定向（漂移）运动速率：
u
数量级约10-4 m/s
是由电子在外电场的作用下获得的，无外电场时，定向运动速率为零。电子运动= 热运动+定向运动
u 3.j 与
方向：正电荷运动的方向
4.1.2 电流密度
必要性：当通过任一截面的电量不均匀时，用电流强度
来描述就不够用了，有必要引入一个描述空间不同点电
流的大小。
I
1. 电流密度矢量
j
• 空间某点处电流密度矢量 j 的方向为该点处正电荷的运动方向 （或说为该点电 场强度的方向）
在大块导体中各点j有不同的数值和方向，这就构成一矢量场，即电流场。像电 场用电力线来形象描绘一样，电流场用电流线来描绘，曲线上各点的切线方向代 表该点的电流密度j的方向。
0[1 (T2 - T1)]
0是温度为零度时的电阻率，是电阻温度系数
电导率：
1 (S / m)
通常金属的电导率随温度上升而减小；电介质和半导体的电导率随温度上升而增 加。
例1: 一块扇形碳制电极厚为t，电流从半径为r1的 端面S1流向半径为r2的端面S2，扇形张角为 。求 S1和S2面之间的电阻。
* E 越大表示电源将其它形式能量转换为电能的本
领越大。其大小与电源结构有关，与外电路无关。
因为电源外部没有非静电力，所以：
内电路
E K dl in
的关系
I nesu j neu
u
j
S
4.4 电源 电动势
为了在导体内部形成稳恒电流必须在导体内建立一 个稳恒电场。
+–
4.4.1 电源
• 单靠静电场不能在导体中维持稳恒的电流流动
• 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，在导体中维持稳恒的电场及稳恒的电流。
第四章 恒定电流和电路
内容 ： 1. 电流 电流密度 2. 欧姆定律 电阻率 欧姆定律微分形式 *3. 金属导电的经典电子论的基本概念 4. 电源 电动势 5. 基尔霍夫定律 6. 电源的功率 *7. 电子的逸出功 *8. 温差电现象
重点： 基尔霍夫方程
难点： 正确理解基尔霍夫方程回路
4.1.1 电流
• 大小等于单位时间内在该点附近垂直于电荷运动方向的单位截面上所通过 的电量
| j | dI dq dS dt dS
单位：安培/米2
j I 2. 与 的关系：
设某点处电流密度为 ， 为
面的j法线n方向
dS
dI | j | dS jndS j cosdS j dS
由电流密度计算通过一个有限截面S的电 流强度
0.08
0 24
T(K）
如He在4K以下电阻变为零
迄今为止，已发现28种金属元素（地球的常态下）以 及合金和化合物具有超导电性。还有一些元素只高压 下具有超导电性。提高超导临界温度是推广应用的重 要关键之一。超导的特性及应用有着广阔的前景。
4.2.3 欧姆定律的微分形式
如图一段电阻率为的导体电阻R为：
R
dR R2 dr R1 2ra
ln R2 2a R1
超导体 当温度降到某一温度时，某些金属、合金以及化合物的电阻率会突然降 到很小，这种现象称作超导电现象。
具有超导电性的物体称为 超导体（superconductor )
0.16
He
在这特定的温度下从 正常态变为超导态， 这温度叫做转变温度 或居里点。