大學(xué)物理課件(趙)穩(wěn)恒電場(chǎng)

12電磁相互作用和穩(wěn)恒磁場(chǎng)

12.1.1電流電流密度一電流強(qiáng)度（SI制單位:安培A）

對(duì)大塊導(dǎo)體不僅需用物理量電流強(qiáng)度來(lái)描述，還需建立點(diǎn)函數(shù)的概念進(jìn)一步描述電流的分布例如：電阻法探礦（圖示）二電流密度定義電流密度矢量：（多種載流子也適用）金屬中：載流子平均速度載流子熱運(yùn)動(dòng)的平均速度為0在電場(chǎng)作用下載流子的平均定向速度（漂移速度）為dS為形象描寫(xiě)電流分布，引入“電流線”的概念：要求：1）電流線上某點(diǎn)的切向與該點(diǎn)的方向一致；電流線PjdNdS2）電流線的密度等于j，即：對(duì)任意曲面S：I是的通量根據(jù)電荷守恒定律：電流的連續(xù)性方程單位時(shí)間內(nèi)流出S面內(nèi)的電量應(yīng)等于該閉合曲面內(nèi)電量的減少12.1.2、電流的連續(xù)性方程dIdSPI大塊導(dǎo)體dI恒定電流各處電流密度都不隨時(shí)間發(fā)生變化恒定電流條件：I1I2I3SS1S2S3節(jié)點(diǎn)電流方程（基爾霍夫第一方程）通過(guò)任意閉合曲面S一側(cè)流入的電量等于從另一側(cè)流出的電量一、恒定電流條件電流的連續(xù)性方程二、恒定電場(chǎng)：不隨時(shí)間改變的電荷分布所產(chǎn)生的電場(chǎng)恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)相似：都服從高斯定理和環(huán)路定理也有也可以引入“電勢(shì)”在恒定電流電路中，沿任何閉合回路一周的電勢(shì)降落的代數(shù)和為0回路電壓方程（基爾霍夫第二方程）與靜電場(chǎng)類似之處(1)電場(chǎng)分布不隨時(shí)間變化(2)

有源場(chǎng)(3)

無(wú)旋場(chǎng)，電勢(shì)與靜電場(chǎng)不同之處(1)電荷可以運(yùn)動(dòng)(2)導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)不為零(不滿足靜電平衡條件)(3)電荷運(yùn)動(dòng)，維持恒定需要能量---+++靜電場(chǎng)（靜電平衡）恒定電場(chǎng)++--12.1.4歐姆定律焦耳定律的微分形式電導(dǎo)率電阻是電阻率，歐姆定律的微分表達(dá)式（點(diǎn)量）焦耳定律電功率焦耳定律:焦耳定律的微分表達(dá)式：--熱功率密度在點(diǎn)附近單位時(shí)間單位體積產(chǎn)生的熱量：解法一例1一內(nèi)、外半徑分別為和的金屬圓筒，長(zhǎng)度,其電阻率，若筒內(nèi)外電勢(shì)差為，且筒內(nèi)緣電勢(shì)高，圓柱體中徑向的電流強(qiáng)度為多少

？解法二+QAB-Q解由高斯定律得S例2

兩個(gè)導(dǎo)體A、B帶電-Q、+Q

被相對(duì)電容率電阻率的物質(zhì)包圍，證明兩導(dǎo)體之間電流與導(dǎo)體尺寸及它們間的距離無(wú)關(guān).已知：I=10A，=10-3西/米求：Uab解：例：一高壓線著地，此時(shí)通過(guò)導(dǎo)線的電流為10A若大地的電導(dǎo)率為=10-3西門(mén)子/米。若人在離高壓線著地點(diǎn)1米至1.8米處跨步，求其跨步電壓。ab有生命危險(xiǎn)!恒穩(wěn)電場(chǎng)的建立電動(dòng)勢(shì)（電源）1）靜電力不能維持恒穩(wěn)電流必須有非靜電力將正電荷由從能量觀點(diǎn)看：靜電力作功消耗電能焦耳熱，需要有補(bǔ)充能量的裝置，將其它形式的能量電勢(shì)能

3）電源電動(dòng)勢(shì)：描述電源性質(zhì)的量，內(nèi)阻r2）電源：提供非靜電力的裝置能量轉(zhuǎn)換裝置電源電動(dòng)勢(shì)定義：把單位正電荷從負(fù)極板通過(guò)電源內(nèi)部移到正極板，非靜電場(chǎng)力所作的功,即多孔C中空?qǐng)A柱阿波羅飛船用燃料電池極一般電池表示法電子聚積在負(fù)極（氫極）

飲用，沐浴最后全電路歐姆定律電路中即有靜電力又有非靜電力對(duì)電路中一段：電路內(nèi)外阻之和或全電路歐姆定律對(duì)多個(gè)回路的復(fù)雜電路：對(duì)每個(gè)回路分別使用和恒定電場(chǎng)的保守性可得基爾霍夫第二方程普遍形式電動(dòng)勢(shì)與回路正方向相同取-，反之取+電流與回路正方向相同取+，反之取-#電流的一種經(jīng)典微觀圖象外電場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體另焦耳定律的微分形式例）一銅導(dǎo)線中的電流密度為j=2.4106A/m2，自由電子數(shù)密度為n=8.41028個(gè)/m3，求電子漂移速度。解：電子漂移速度是很小的！“電”傳播速度快是講電場(chǎng)傳播快。10-6電容器的充電與放