稳恒电流电磁学.ppt

非静电力与普遍形式的欧姆定律电源电动势与路端电压常见的几种稳恒电源稳恒电路中电荷与静电场的作用4.3非静电力与电源电动势4.3.1非静电力与普遍形式的欧姆定律根据稳恒电流条件可知，稳恒电流的电流线必须是闭合曲线，稳恒电路必须是闭合回路。因此，电荷沿闭合回路绕行一周后，所经历过程的电势总改变量为0。当正电荷沿电势下降的路段运动时，静电力做功，电荷的电势能减小，电能转化为热能或其他形式的能量。当正电荷沿电势上升的路段运动，电荷的电势能增加，静电力对电荷运动起阻碍作用，不消耗其他形式的能量，电荷无法从电势能小的地方运动到电势能高的地方，因此稳恒电路中，一定还有一种非静电力本质的力作用于电荷。1、稳恒电流必须有非静电力2、电源定义：提供非静电力并将其他形式能量转换为电势能的装置。通常电源有正负两极，电势高的叫正极，电势低的叫负极。作用：（1）通过极板及外电路各处积累的电荷在外电路中产生静电场使电流经外电路由正极指向负极。（2）在电源内部除了有静电力之外还有非静电力，在二者联合作用下，电流经电源内部由负极流向正极。上述两部分电流一起形成了闭合的稳恒电流。3、普遍形式的欧姆定律为定量的描述电源提供的非静电力特性，引进物理量k，对应于描述静电力的物理量E（电场强度），k表示电源内部单位正电荷受到的非静电力，其方向在电源内与电场方向相反。电荷除受非静电力作用之外，还会受到静电力作用。因此，电荷q受到的总力为：q(E+K)。01欧姆定律应推广为普遍形式的欧姆定律：电流是静电力和非静电力共同作用的结果，在只有静电力的电路段时，回到通常的欧姆定律形式。02图3.4电源内部的非静电力电动势ε4.3.2电源电动势与路端电压实际上，描述电源特性常用的物理量是电动势，定义为将单位正电荷从负极经电源内部移到正极时非静电力所做的功。电源的电动势反映电源中非静电力做功的本领，是表征电源本身特性的物理量，与外电路的性质以及电路是否接通无关。2、全闭合电路电动势有些电源分布于整个闭合回路中，如感生电动势、温差电动势等，无法区分电源内部和外部，这时把电动势定义为沿闭合回路的线积分，即称它为整个闭合回路的电动势。对通常电源而言，K仅限于电源内部。电动势的单位与电势相同：伏特（V）3、路端电压电源正极与负极之间的电势差U=U＋-U－称为电源的路端电压。路端电压与电源的通电流状态和电源的本身特性有关。电源不通电流情况包括电源同外电路断开、两相同电源并联及电源在平衡补偿电路中的情况。此时，电源内电流密度j＝0，k＝-E，因此有：0102（2）电源放电情况当电源接入外电路时，电流从电源正极流出，经外电路流回负极，再通过电源电流从负极流向正极，称为电源处于放电情况。此时，在电源内部由普遍形式的欧姆定律得：在电源内部，j由负极指向正极，故由此，得：这里，S是电源内部导体的垂直横截面，r称为电源的内阻，由电源的内部结构情况所决定。处于放电状态的电源，其路端电压为：图3.5电源和电阻构成的回路如上图，当电源所接的外电路是电阻为R的纯电阻性电路时，电源电动势、内阻、外电路电阻与电路中电流I的关系为：上式称为单电源简单直流电路的全电路欧姆定律。（3）电源充电情况当电源同另一个电动势更大的电源在电路中并联连结时，电路的电流流向我们研究的电源正极，然后经过电源内部流向负极，再从负极流出。此时，称电源处于充电状态。由普遍形式的欧姆定律得：在电源内部，j由负极指向正极，故由此，得：这里，S是电源内部导体的垂直横截面，r为电源的内阻。充电电源的路端电压为：对于闭合电路中有很多电源和串联电阻时，有多电源简单直流闭合电路的全电路欧姆定律公式：上式中，表示电路中电源电动势的代数和，求和中放电电源的电动势值取正，充电电源的电动势值取负。多电源简单直流电路的全电路欧姆定律发电机、浓差电源等04核能电池：将核能直接转换成电能的电池。05化学电池：通过化学反应提供非静电力，将化学反应释放出的化学能转换成电能。01太阳能电池：把光能转换成电能的电池。03温差电池：利用温差电效应把热能直接转换成电能的电池。两种不同的金属导体组成闭合回路，当它们相接的两个结点处于不同温度时，回路中将产生电动势，这种现象称为温差电效应，是不同导体内载流子浓度不同引起的扩散和温度不均匀引起的载流子热扩散综合导致的一种现象。024.3.3常见的几种稳恒电源图3.6丹聂耳电池图3.7干电池结构示意图图3.8温差电效应图3.9温差电堆示意图第四章稳恒电流第四章稳恒电流§4.1电流的稳恒条件§4.2欧姆定律§4.3非静电