恒定电流场课件.ppt

恒定電流場主要內容電流，電動勢，電流連續性原理，能量損耗。1.電流及電流強度分類：傳導電流與運流電流。傳導電流是導體中的自由電子（或空穴）或者是電解液中的離子運動形成的電流。運流電流是電子、離子或其他帶電粒子在真空或氣體中運動形成的電流。電流強度：單位時間內穿過某一截面的電量，又簡稱為電流，以I表示。電流的單位為A（安培）。因此，電流I與電荷q的關係為電流密度：是一個向量，以J表示。電流密度的方向為正電荷的運動方向，其大小為單位時間內垂直穿過單位面積的電荷量。因此，穿過任一有向面元dS的電流dI與電流密度J的關係為那麼，穿過任一截面S的電流I為此式表明，穿過某一截面的電流等於穿過該截面電流密度的通量。在外源的作用下，大多數導電媒質中某點的傳導電流密度J與該點的電場強度E成正比，即式中?稱為電導率，其單位為S/m。?值愈大表明導電能力愈強，即使在微弱的電場作用下，也可形成很強的電流。上式又稱為歐姆定律的微分形式。電導率為無限大的導體稱為理想導電體。顯然，在理想導電體中，無需電場推動即可形成電流。由上式可見，在理想導電體中是不可能存在恒定電場的，否則，將會產生無限大的電流，從而產生無限大的能量。但是，任何能量總是有限的。電導率為零的媒質，不具有導電能力，這種媒質稱為理想介質。媒質電導率(S/m)媒質電導率(S/m)銀海水4紫銅淡水金幹土鋁變壓器油黃銅玻璃鐵橡膠運流電流的電流密度並不與電場強度成正比，而且電流密度的方向與電場強度的方向也可能不同。可以證明運流電流的電流密度J與運動速度v的關係為式中?為電荷密度。與介質的極化特性一樣，媒質的導電性能也表現出均勻與非均勻，線性與非線性以及各向同性與各同異性等特點，這些特性的含義與前相同。上述公式僅適用於各向同性的線性媒質。2.電動勢如圖所示，首先將外接的導電媒質移去，討論開路情況下外源內部的作用過程。在外源中非靜電力作用下，正電荷不斷地移向正極板P，負電荷不斷地移向負極板N。極板上的電荷在外源中形成電場E，其方向由正極板指向負極板，而且隨著極板上電荷的增加不斷增強。E導電媒質??????????PN?????E?????外源顯然，由極板上電荷產生的電場力阻止正電荷繼續向正極板移動，同時也阻止負電荷繼續向負極板移動，一直到極板電荷產生的電場力等於外源中的非電力時，外源的電荷運動方才停止，極板上的電荷也就保持恒定。既然外源中的非靜電力表現為對於電荷的作用力，因此，通常認為這種非靜電力是由外源中存在的外電場產生的，其電場強度仍然定義為對於單位正電荷的作用力，以E表示。由於外電場使正電荷移向正極板，負電荷移向負極板，因此，外電場的方向由負極板指向正極板。可見，在外源中外電場E的方向與極板電荷形成的電場E的方向恰好相反。當外源中的外電場與極板電荷的電場等值反向時，外源中合成電場為零，電荷運動停止。若外源的極板之間接上導電媒質，正極板上的正電荷通過導電媒質移向負極板；負極板上的負電荷通過導電媒質移向正極板。因而導致極板上電荷減少，使得外源中由極板電荷形成的電場E小於外電場，外電場又使外源中的正負電荷再次移動，外源不斷地向正極板補充新的正電荷，向負極板補充新的負電荷。由上可見，極板上的電荷通過導電媒質不斷流失，外源又不斷地向極板補充新電荷，從而維持了連續不斷的電流。因此，為了在導電媒質中產生連續不斷的電流，必須依靠外源。當達到動態平衡時，極板上的電荷分佈保持不變。這樣，極板電荷在外源中以及在導電媒質中產生恒定電場，且在外源內部保持，在包括外源及導電媒質的整個回路中維持恒定的電流。注意，極板上的電荷分佈雖然不變，但是極板上的電荷並不是靜止的。它們是在不斷地更替中保持分佈特性不變，因此，這種電荷稱為駐立電荷。駐立電荷是在外源作用下形成的，一旦外源消失，駐立電荷也將隨之逐漸消失。外電場由負極板N到正極板P的線積分稱為外源的電動勢，以e表示，即達到動態平衡時，在外源內部，所以上式又可寫為考慮到導電媒質中，，那麼，上式可寫成