《静电场中的导体处于静电平衡时讲解课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《静电场中的导体处于静电平衡时讲解课件（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2020/9/7,1,第十章 直流电,静电场中的导体处于静电平衡时，其内部的场强为零，内部没有电荷作定向的宏观运动。,如果把导体接在电源的两极上，则导体内任意两点之间将维持恒定的电势差，在导体内维持一个电场，导体内的电荷在电场力的作用下作宏观的定向运动，形成电流。,2020/9/7,2,第一节 电 流 密 度,1、形成电流的条件,在导体内有可以自由移动的电荷（载流子）。 在半导体中是电子或空穴；在金属中是自由电子；在电解质溶液中是正、负离子。 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。,2、电流的方向,正电荷移动的方向定义为电流的方向 电流的方向与自由电子移动的方向是相反的。,
2、一、电 流,2020/9/7,3,3、 电流强度,大小：单位时间内通过任一截面的电量 方向：正电荷运动的方向。 表示电流强弱的物理量，是有方向的标量。,单位：库仑/秒=安培 国际单位制基本量：安（A）、毫安（mA）、微安（A）,稳恒电流：电流的大小和方向不随时间变化。 瞬时电流：,2020/9/7,4,1、引入电流密度的必要性 电流强度只反映导线截面的整体电流特征，当通过任一截面的电量不均匀时，有必要引入一个描述空间不同点电流的大小和方向的物理量电流密度。,二、电 流 密 度,2020/9/7,5,电流密度矢量的方向与该点的场强方向一致, 它的大小为垂直通过单位截面积的电流强度。,2、定义 导
3、体内任意选取一面元S，其法向与电场同向，通过S的电流为I。,大小表示为：,2020/9/7,6,3、电流密度与载流子漂移速度的关系,n导体中单位体积载流子数目 Z载流子价数 v载流子的漂移速度,2020/9/7,7,导体中自由电荷的体密度,电量为,电流密度为,其中,电流密度矢量式为,2020/9/7,8,三、欧姆定律的微分形式,欧姆（Georg Simom Ohm，1787-1854） 德国物理学家，他从1825年开始研究导电学问题，他利用电流的磁效应来测定通过导线的电流，并采用验电器来测定电势差，在1827年发现了以他名字命名的欧姆定律。 电流和电阻这两个术语也是由欧姆提出的。,1、欧姆定律
4、的一般形式,R=1/G电阻（欧姆） G 电导（S西门子） 电阻率（ m）,其中,为电导率(conductivity) 单位,2020/9/7,9,2、欧姆定律的微分形式,在导体中取一长为dl、横截面积为dS的小圆柱体，圆柱体的轴线与电流流向平行。设小圆柱体两端面上的电势为U和U+dU。根据欧姆定律，通过截面dS的电流为,因为,所以,或,欧姆定律的微分形式： 通过导体中任一点的电流密度，与该处的电场强度成正比。,2020/9/7,10,第二节电动势和含源电路,一、电源工作原理： 消耗其他形式的能量以克服静电力做功，从而将其他形式的能量转化为电能。 二、电动势及电势的变化 1.电动势：单位正电荷从
5、电源负极经电源内部移到正极时克服静电力所做的功。 2.方向:从电源的负极到正极,2020/9/7,11,3.电势的变化 (1)对纯电阻 沿电流的方向u(电势)降落 逆电流的方向u(电势)升高,(2)对电源 沿电源方向由负极 正极电势升高 逆电源方向由正极 负极电势降低,2020/9/7,12,三、全电路欧姆定律,1.内容：I=,(2)每个回路只有一个分析方向。沿回路方向依次分析各元器件（纯电阻、电源）电势的变化。 (3)列式时电势升高降低变化的代数和为零。 (4)电流方向的设定不影响电流数值,若I0说明设定的电流方向与实际相符否则相反。,2.注意问题： (1)每条支路设定一个电流方向。,202
6、0/9/7,13,第三节 基 尔 霍 夫 定 律,基尔霍夫（Gustav Robert Kirchhoff）德国物理学家。当他21岁在柯尼斯堡就读期间，就根据欧姆定律总结出网络电路的两个定律（基尔霍夫电路定律），发展了欧姆定律，对电路理论作出了显著成绩。大学毕业后，他又着手把电势概念推广到稳恒电路。长期以来，电势与电压这两个概念常常被混为一谈，当时都称为“电张力”。基尔霍夫明确区分了这两个概念，同时又指出了它们之间的联系。 在光谱研究中，他与本生合作，开拓出一个新的学科领域光谱分析，采用这一新方法，发现了两种新元素铯（1860年）和铷（1861年）。,2020/9/7,14,电路的几个名词 基
7、尔霍夫第一（节点电流）定律 基尔霍夫第二（回路电压）定律,基尔霍夫定律是任何集总参数电路都适用的基本定律，它包括电流定律和电压定律。基尔霍夫电流定律描述电路中各电流的约束关系，基尔霍夫电压定律描述电路中各电压的约束关系。,2020/9/7,15,一、电路的几个名词,(1) 支路：复杂电路中每一分支电路称为支路。特点是支路可由一个或多个元件组成，支路上各处电流相等，即支路上所有元器件都是串联而成的。下图所示电路共有6条支路。,电路由电路元件相互连接而成。在叙述基尔霍夫定律之前，需要先介绍电路的几个名词。,2020/9/7,16,(2) 节点：由三条或三条以上支路汇合的点称为节点。,图示电路中，a
8、、b、c、d点是节点。,2020/9/7,17,(3) 回路：由支路组成的闭合路径称为回路。,图示电路中 1,2、1,3,4,6、1,3,5,6、2,3,4,6、2,3,5,6和4,5都是回路。,2020/9/7,18,(4) 网孔：将电路画在平面上内部不含有支路的回路，称为网孔。,图示电路中的1,2、2,3,4,6和4,5回路都是网孔。,注：平面电路是指能够画在一个平面上而没有支路交叉的电路。,2020/9/7,19,二、基尔霍夫第一定律 （节点电流定律）,也叫基尔霍夫电流定律(Kirchhoffs Current Law),简写为KCL，它可表述为：对于电路的任一节点，在任一时刻，流出（或
9、流入）该节点全部支路电流的代数和等于零，其数学表达式为：,可作如下符号规定：对电路某节点列写 KCL方程时，流入该节点的支路电流取正号，流出该节点的支路电流取负号，反之亦可。,2020/9/7,20,对于节点A：,KCL的一个重要应用是：根据电路中已知的某些支路电流，求出另外一些支路电流。,注意：（1）n个节点只能列（n-1）个独立的节点电流方程。 （2）列方程时可以先任意假设电流方向 若 则设定方向与实际方向相同； 若 则设定方向与实际方向相反。,对于节点B：,2020/9/7,21,三、基尔霍夫第二定律 （回路电压定律）,又称基尔霍夫电压定律(Kirchhoffs Voltage Law)
10、，简写为KVL，陈述为：对于电路的任一回路，在任一时刻，沿该回路全部支路电压的代数和等于零，其数学表达式为：,2020/9/7,22,例：设电路的绕行方向为顺时针。,KVL的一个重要应用是：根据电路中已知的某些支路电压，求出另外一些支路电压。,2020/9/7,23,选独立回路的方法:网眼法,节点：5个可列4个电流方程。支路：8条可列4个电压方程。,独立回路法：网孔法有几个网孔就可列几个独立的回路电压方程。,列方程：设有m条支路和n个节点,则需列n-1个节点电流 方程和m-(n-1)个回路电压方程 。,2020/9/7,24,1.找出各节点并标出各支路设定的电流方向和回路分析方向 以及各元器件
11、符号。 2. 列出节点电流方程(N-1)个(N个节点)。 3. 列出回路电压方程M-(N-1)个（用网眼法）。 4. 求解所列方程. 5.根据所得电流值的正负,判断各支路的实际电流方向。,2020/9/7,25,补充例题：已知内阻,电阻,电动势,解：两个节点A，B；两个网孔即独立回路AEDCA与ACBA,对节点A： I3=I1+I2,对独立回路AEDCA ：,对独立回路ACBA ：,2020/9/7,26,解方程组可得：I1=160mA，I2=-20mA，I3=140mA,讨论电流方向： 因为I20，所以实际电流流动的方向与当初选定的方向相反，I1 ，I3的方向与当初选定的方向相同。,练习题1：已知,解：确定电流流向，选定回路绕行方向（顺时针）。,节点有2个，节点电流方程有1个。独立回路有2个，回路电压方程有2个。,2020/9/7,27,2020/9/7,28,练习题2：已知,解：确定电流流向，选定回路绕行方向（逆时针）。,节点有2个，节点电流方程有1个。独立回路有2个，回路电压方程有2个。,2020/9/7,29,节点电流方程：,回路电压方程：,ABCA回路：,ABDA回路：,
