導體中的電場和電流

1、 電閃雷鳴時電閃雷鳴時, ,強大的電流使天空發(fā)強大的電流使天空發(fā) 出耀眼的閃光出耀眼的閃光, ,但它只能存在于一瞬但它只能存在于一瞬 間間, ,而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā) 光光, ,這是為什么這是為什么? ? 電流的形成電流的形成 1 1電流：電流： 電荷的熱運動，從宏觀上看，不能電荷的熱運動，從宏觀上看，不能 形成電流形成電流 電荷的定向移動形成電流電荷的定向移動形成電流 - B A - A + + + + + + _ B _ _ _ _ _ _ _ 等勢體等勢體 導體中產(chǎn)生電流的條件導體中產(chǎn)生電流的條件: :導體兩端存在導體兩端存在電勢差電勢差 A B 水池

2、導體中自由電子的定向移導體中自由電子的定向移 動使兩個帶電體成為等勢動使兩個帶電體成為等勢 體，達到靜電平衡，導線體，達到靜電平衡，導線 R R中會產(chǎn)生一個中會產(chǎn)生一個瞬時瞬時電流電流 抽水機抽水機 - - - + A + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P - - 一.電源 1. 1.能把自由電子從能把自由電子從正極正極搬到搬到負極負極的裝置的裝置. . 2.2.作用作用: :保持保持導體兩端的電勢差導體兩端的電勢差( (電壓電壓), ),使電使電 路有路有持續(xù)持續(xù)的電流的電流. . 形成電流的條件形成電流的條件： （1 1）存在）存在自由電荷自由電荷 金屬導體金屬導體自

3、由電子自由電子 電解液電解液正、負離子正、負離子 （2 2）導體兩端存在）導體兩端存在電壓電壓 當導體兩端存在電壓時，導體內(nèi)建立當導體兩端存在電壓時，導體內(nèi)建立 了電場，導體中的自由電荷在電場力的作了電場，導體中的自由電荷在電場力的作 用下發(fā)生定向移動，形成電流用下發(fā)生定向移動，形成電流 電源的作用是電源的作用是保持保持導體兩端的導體兩端的電壓電壓，使，使 導體中有導體中有持續(xù)持續(xù)的電流的電流 - - + A + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P 假設(shè)在電源正、負假設(shè)在電源正、負 極之間連一根導線極之間連一根導線 M N E0 F Fn Ft 二二. .導線中的電場導線中

4、的電場 - - + A + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P 假設(shè)在電源正、負假設(shè)在電源正、負 極之間連一根導線極之間連一根導線 M N E0 F Fn Ft M N E0 E0 E M N E 導線內(nèi)很快導線內(nèi)很快 形成沿導線形成沿導線 方向的電場方向的電場 二二. .導線中的電場導線中的電場 導體內(nèi)的電場線保持和導線平行導體內(nèi)的電場線保持和導線平行 我們在上一章中曾經(jīng)得出結(jié)論我們在上一章中曾經(jīng)得出結(jié)論: : 在在靜電平衡靜電平衡時時, ,導體內(nèi)部的導體內(nèi)部的場強為場強為 零零, ,導體上任意兩點之間的電勢差導體上任意兩點之間的電勢差 為零為零( (等勢體等勢體). )

5、.這與我們現(xiàn)在的說法這與我們現(xiàn)在的說法 有矛盾嗎有矛盾嗎? ?為什么為什么? ? 思考題思考題 導線內(nèi)的電場，是由電源、導線內(nèi)的電場，是由電源、 導線導線 等電路元件所積累的電等電路元件所積累的電 荷共同形成的。盡管這些電荷荷共同形成的。盡管這些電荷 也在運動，但也在運動，但有的流走了，另有的流走了，另 外的又來補充外的又來補充，所以電荷的分，所以電荷的分 布是穩(wěn)定的，電場的分布也穩(wěn)布是穩(wěn)定的，電場的分布也穩(wěn) 定。定。-恒定電場恒定電場 恒定電場恒定電場 由由穩(wěn)定分布穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生的電荷產(chǎn)生 穩(wěn)定穩(wěn)定的電場稱為恒定電場的電場稱為恒定電場. . 恒定電場恒定電場 電場強度不變電場強度不變 自

6、由電子在各個位置的定向運動自由電子在各個位置的定向運動速率速率也不變也不變 串一個電流表串一個電流表, ,讀數(shù)不會變讀數(shù)不會變 恒定電流恒定電流 三三. .恒定電流恒定電流 1. 1.大小方向都大小方向都不隨時間變化不隨時間變化的電流稱為的電流稱為 恒定電流恒定電流. . 2. 2.電流電流( (I I): ):表示電流的強弱程度表示電流的強弱程度. . 定義定義: :通過導體橫截面的電量通過導體橫截面的電量q q跟通過這些跟通過這些 電量所用時間電量所用時間t t的比值叫做電流的比值叫做電流 . . 公式公式: :I I= q / t= q / t 單位單位: :國際單位國際單位 安培安培(

7、A) 1A=1C/s(A) 1A=1C/s 常用單位：毫安（常用單位：毫安（mAmA）、微安（）、微安（AA） 方向方向: :正電荷定向移動的方向正電荷定向移動的方向 （1 1）適用于）適用于任何電荷任何電荷的定向移動形成的電流。的定向移動形成的電流。 （2 2）在）在金屬導體金屬導體中，電流方向與中，電流方向與自由電荷（電自由電荷（電 子）子）的定向移動方向的定向移動方向相反相反； （3 3）在）在電解液中電解液中，電流方向與正離子定向移動，電流方向與正離子定向移動 方向方向相同，與相同，與負離子負離子走向移動方向走向移動方向相反相反導電導電 時，是正負離子向相反方向定向移動形成電流，時，是

8、正負離子向相反方向定向移動形成電流， 電量電量q q表示通過截面的正、負離子表示通過截面的正、負離子電量電量絕對值絕對值 之和之和。 注意注意 1 1、在金屬導體中，若、在金屬導體中，若10s10s內(nèi)通過橫截面的電量內(nèi)通過橫截面的電量 為為10C10C，則導體中的電流為，則導體中的電流為_A_A； 1A1A 2 2、某電解槽橫截面積為、某電解槽橫截面積為0.5m0.5m2 2，若，若10s10s內(nèi)沿相反內(nèi)沿相反 方向通過橫截面的正負離子的電量均為方向通過橫截面的正負離子的電量均為10C10C， 則電解液中的電流為則電解液中的電流為_A_A 2A2A 課堂訓練課堂訓練 3 3決定電流大小的微觀量

9、決定電流大小的微觀量 在加有電壓的一段粗細均勻的導體在加有電壓的一段粗細均勻的導體ADAD上選取兩個上選取兩個 截面截面B B和和C C，設(shè)導體的橫截面積為設(shè)導體的橫截面積為S S導體每單位體積導體每單位體積 內(nèi)的自由電荷數(shù)為內(nèi)的自由電荷數(shù)為n n，每個電荷的電荷量為每個電荷的電荷量為q q，電荷電荷 的定向移動速率為的定向移動速率為v v 則在時間則在時間t t內(nèi)處于相距為內(nèi)處于相距為 vtvt 的兩截面的兩截面B B、C C間的所有間的所有 自由電荷將通過截面自由電荷將通過截面C C 已知：已知：n n為單位體積為單位體積內(nèi)的自由電荷的個數(shù)，內(nèi)的自由電荷的個數(shù)， S S為導線的橫截面積，為

10、導線的橫截面積，v v為自由電荷的為自由電荷的 定向移動速率定向移動速率 . . 在時間在時間t t內(nèi)通過導體某截面的電量為內(nèi)通過導體某截面的電量為: : Q=( Q=(VtS)nqVtS)nq 所形成的電流為所形成的電流為: : I I=Q/t=Q/t=nqSVnqSV 例題例題: :有一條橫截面積有一條橫截面積S=1mmS=1mm2 2的銅導線的銅導線, ,通過的電通過的電 流流I I=1A,=1A,已知銅的密度已知銅的密度=8.9=8.910103 3kg/mkg/m3 3, ,銅的摩銅的摩 爾質(zhì)量爾質(zhì)量M=6.4M=6.41010-2 -2kg/mol, kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)阿

11、伏加德羅常數(shù) NNA A=6.02=6.02101023 23mol mol-1 -1, ,電子的電量電子的電量e=-1.6e=-1.61010-19 -19C C, , 求銅導線中自由電子定向移動的速率求銅導線中自由電子定向移動的速率. .可認為銅可認為銅 導線中平均每個銅原子貢獻一個自由電子導線中平均每個銅原子貢獻一個自由電子. . vt v s v A IM v SN e 5 7.5 10/m s 思考題思考題 如果認為電子的定向運動速率就如果認為電子的定向運動速率就 是電流的傳導速率，和我們的生活是電流的傳導速率，和我們的生活 經(jīng)驗是否相符？怎樣解釋？經(jīng)驗是否相符？怎樣解釋？ 電子定向

12、移動的速率約電子定向移動的速率約10 10 -5 -5 m/s m/s， 電子熱運動的平均速率電子熱運動的平均速率10 10 5 5 m/sm/s， 電場的傳播速率電場的傳播速率3 310 10 8 8 m/sm/s. . 1 1、形成電流的條件：、形成電流的條件： （1 1）存在自由電荷（）存在自由電荷（2 2）導體兩端存在電壓）導體兩端存在電壓 2 2、電源的作用：提供持續(xù)的電壓、電源的作用：提供持續(xù)的電壓 3 3、導線中的電場、導線中的電場: :導線內(nèi)的電場線保持和導線平導線內(nèi)的電場線保持和導線平 行行.( .(恒定電場恒定電場) ) 4 4、恒定電流、恒定電流: :大小方向都不隨時間變

13、化的電流大小方向都不隨時間變化的電流. . 5 5、電流、電流: :表示電流的強弱程度的物理量表示電流的強弱程度的物理量. . （1 1）定義式）定義式 I I=q / t=q / t （2 2）金屬導體中電流的計算式）金屬導體中電流的計算式 小結(jié): nqsvI n n 為單位體積內(nèi)自由電荷數(shù)目，為單位體積內(nèi)自由電荷數(shù)目，S S 為導體橫截面積，為導體橫截面積， v v為電荷定向移動速率為電荷定向移動速率 q q為每個自由電荷的電量為每個自由電荷的電量 課堂訓練課堂訓練 3 3、關(guān)于電流的方向，下列敘述中正確的是、關(guān)于電流的方向，下列敘述中正確的是 A A金屬導體中電流的方向就是自由電子定金屬

14、導體中電流的方向就是自由電子定 向移動的方向向移動的方向 B B在電解質(zhì)溶液中有自由的正離子和負離在電解質(zhì)溶液中有自由的正離子和負離 子，電流方向不能確定子，電流方向不能確定 C C不論何種導體，電流的方向規(guī)定為正電不論何種導體，電流的方向規(guī)定為正電 荷定向移動的方向荷定向移動的方向 D D電流的方向有時與正電荷定向移動的方電流的方向有時與正電荷定向移動的方 向相同，有時與負電荷定向移動的方向相向相同，有時與負電荷定向移動的方向相 同同 C C 課堂訓練課堂訓練 4 4、某電解質(zhì)溶液，如果在、某電解質(zhì)溶液，如果在1 s1 s內(nèi)共有內(nèi)共有 5.05.0101018 18個二價正離子和 個二價正離子和1.01.0101019 19個 個 一價負離子通過某橫截面，那么通過一價負離子通過某橫截面