穩(wěn)恒電流pagesPPT課件

1、問題（4）無自由電荷（ ）的電介質(zhì)邊界條件 ls0S0ldE0qSdD1、 的法線分量 D n1n212DD0)DD(n或或0SdDS 0nSDnSD1122 0nDnD12 12n2D1De2e11n2ne212e100 邊界條件-邊界兩邊電介質(zhì)中E、D之間的關(guān)系第1頁/共51頁aRrde1e2應(yīng)用：不同層內(nèi)的D法向分量相等 E122E1Ee2e1abcd0l dEL t 1t 2EE 應(yīng)用：不同層內(nèi)的E切向分量相等 第2頁/共51頁電容率e e0CC 00EQ 0U 000UQC e e0EE 0UUe e UQC 0 e e 00UQ e e0C 0CC e e第3頁/共51頁部分填充介

2、質(zhì)的電容器的電容計(jì)算方法一：電容串、并聯(lián)公式1C2C3C4C1C2C計(jì)算方法二：電容原始定義電荷電場(chǎng) E電位差 UUQC0 ldEU21 )0(qSdDioiS 第4頁/共51頁4 靜電場(chǎng)的能量作業(yè)(P213)6,81.帶電體系的靜電能量2eCQ21W 靜電能量?jī)?chǔ)存在電荷中? VeUdV21W 電容器：帶電體：表達(dá)式與電荷有關(guān)2.迅變電場(chǎng)：電磁場(chǎng)攜帶能量實(shí)例：手機(jī)，收音機(jī)靜電能由電場(chǎng)攜帶,存在于電場(chǎng)中 第5頁/共51頁QUWe21 DEVDESdDSEdWe212121 第6頁/共51頁DEVWe21 202121EDEVWweee ee e EDwe 212021Ewee ee e ED0e

3、 ee e ED0 e ee e第7頁/共51頁不均勻電場(chǎng)的靜電能量dVE21dVwWV20Vee e ee e例1：電容器充電后去撤離電源，然后插入介質(zhì) 之前2001eE21we e 之后202eE21we ee e e e0EE 插入介質(zhì)后，電容器的能量降低。 問題能量守恒！電場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為何種能量？e ee ee ee ee ee e1e2002200wE21E21 第8頁/共51頁FV部分電場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為介質(zhì)動(dòng)能xS)ww(21WmV212e1ee2 x 作用在介質(zhì)上的靜電力eedWFdxdWdA 靜電力所做的正功等于系統(tǒng)靜電能的減少dx/dWFe Sdx)ww(21dW1e2ee S)w

4、w(21dx/dWF2e1ee S：介質(zhì)端面積分析第9頁/共51頁勻加速運(yùn)動(dòng)，受吸引力，靜電轉(zhuǎn)化為能動(dòng)能運(yùn)動(dòng)過程動(dòng)能達(dá)到最大勻減速運(yùn)動(dòng)，受吸引力，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜電能。-往復(fù)運(yùn)動(dòng)垂直方向放置受力：重力、靜電力能量：重力勢(shì)能、靜電能、動(dòng)能分析：重力靜電吸引力，介質(zhì)不能進(jìn)入電容器重力0處2.電流線與電荷運(yùn)動(dòng)、增減的 2.關(guān)系dtdqsdJS內(nèi)對(duì)比分析0e eqsdES 電力線終止于q0正電荷在S內(nèi)停止電流線終止于S內(nèi) 電流線終止于-dq/dt0 -正電荷增加處）圖像理解公式理解電流線由何處發(fā)出？ -dq/dt0處 , 即dq/dt正極電流閉合循環(huán)的推動(dòng)過程：外:正極負(fù)極；內(nèi)：負(fù)極正極EK單位正電荷所受

5、的非靜電力能量變化：We降低放出焦耳熱We升高能量來源？電位變化：外部：高低，內(nèi)部：低高（正電荷）第34頁/共51頁二、電動(dòng)勢(shì)UE 21ldEU ?K 由靜電力的功引出電勢(shì)差、電勢(shì)?ldK_ 由非靜電力的功引出一種勢(shì)？電動(dòng)勢(shì)定義在電源內(nèi)部把單位正電荷由負(fù)極移到正極，非靜電力所做的功 _ldKe e電動(dòng)勢(shì)特性與外電路無關(guān)電源特性(1)是否接外電路(2)電流流動(dòng)方向E非靜電力第35頁/共51頁三、電源的路端電壓-（電阻兩端的電壓）電源正、負(fù)兩極間的電壓差 (電動(dòng)勢(shì)？)路端電壓定義： ldEUUU（a）積分路徑可選電源內(nèi)部、外部(選內(nèi)部!）（b）電源內(nèi)滿足普遍的歐姆定律)KE(J KJE ?EJ 說

6、明存在兩種力外電路：一種力推動(dòng)力與流第36頁/共51頁 ldKldJ ldKldJld)KJ(U e e ldJe e 關(guān)關(guān)與與電電源源、外外電電路路條條件件有有由由正正極極指指向向負(fù)負(fù)極極方方向向:J:l d第37頁/共51頁電源電動(dòng)勢(shì)小于路端電壓：被充電ldKee e(高)J充電+l 充電 e e ldJUJSIJ,1 e e ldJSI e e ldJSI e e SlIJldK放電-l 放電Ir e e充電Ir e e放電理解與記憶電源電動(dòng)勢(shì)大于路端電壓: 可放電第38頁/共51頁理想電源、實(shí)際電源理想電源：內(nèi)阻 0r特性：eerU0即：無論充放電、電流大小即：電源提供的路端電壓恒定

7、恒壓源缺點(diǎn)：電源提供的電壓與電流有關(guān)re實(shí)際電源：內(nèi)阻 ，等效于理想電源和電阻 串聯(lián) 。 0rIrU e e第39頁/共51頁rIIUI2 e erIUII2 e erIIUI2 e eIrU e e第40頁/共51頁四、閉合回路的電流強(qiáng)度和輸出功率1.電流強(qiáng)度考慮最簡(jiǎn)單的電源放電回路reR利用已有公式IRU R兩端電壓：IrU e e路端電路：IrIR e erRI e e閉合回路（全電路）歐姆定律第41頁/共51頁UR0outP短路R=0R0outP2.輸出功率及匹配條件Poutmax?222)(rRRRIUIPoute032rRRrdRdPouterR rPout42maxe負(fù)載電阻與電

8、源的匹配條件電源最大輸出功率條件dPout/dR=0問題？在實(shí)際應(yīng)用中是否總是追求最大輸出功率？第42頁/共51頁五、穩(wěn)恒電路導(dǎo)體中的電荷和電流線問題靜電平衡 電荷分布在表面0 內(nèi)內(nèi)E穩(wěn)恒電流 電荷分布特性?0 內(nèi)內(nèi)E1.電荷分布研究方法：從滿足的條件分析普適的推理方法(a) 時(shí)的導(dǎo)體電流穩(wěn)恒條件0 K ssSdESdJ0 第43頁/共51頁22Sd2J0qSdE0s e e內(nèi)內(nèi)(b)分析0SdESdEss 均勻?qū)w非均勻?qū)w1J1Sd0SdJSdJ2211 在右圖中的電流線管內(nèi)0SdESdE222111 112122SdESdE 2211SdESdE 112111SdESdE )1(SdE2

9、111 1J通過陰影閉合面的電通量0SdESdJss 第44頁/共51頁0)1 (2111SdESdE0 內(nèi)內(nèi)q22Sd2J1J1Sd1J)(21非均勻?qū)w不同的非均勻情況)(r內(nèi)內(nèi)q處處不為零 連續(xù)不均勻(a)(b) 階躍變化12J連續(xù)E不連續(xù)V0僅在界面處存在電荷第45頁/共51頁問題穩(wěn)恒電流導(dǎo)體表面是否存在電荷？穩(wěn)恒時(shí): 平行導(dǎo)體表面JJ導(dǎo)體表面2.穩(wěn)恒電流線性質(zhì)：證明: 假設(shè)不平行SdtdqsdJ由知00，表面正電荷增加S導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)變化EJ電流變化不穩(wěn)恒矛盾由穩(wěn)恒電流線性質(zhì)分析第46頁/共51頁問題穩(wěn)恒 電流線平行導(dǎo)體表面的應(yīng)用假設(shè)為均勻?qū)w可知：q內(nèi)=0,假設(shè)：q表面 =0電場(chǎng)q表面

10、0電流q表面,q電極共同產(chǎn)生平行于電流的電場(chǎng)q表面如何分布？ q表面使 E電極強(qiáng)的地方減小 E電極弱的地方增加不平行但此時(shí)導(dǎo)體內(nèi) J , E總EJJ 均勻E總均勻 J=I/S假設(shè)S均勻最終狀態(tài)：J=E,導(dǎo)體內(nèi) ，電力線平行導(dǎo)體表面EJEJ應(yīng)應(yīng)該該平平行行 第47頁/共51頁相同之處 電場(chǎng)不隨時(shí)間改變 滿足高斯定理 滿足環(huán)路定理，是保守場(chǎng)，可引入電勢(shì)概念六.靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒電場(chǎng)比較不同之處電場(chǎng)產(chǎn)生源：穩(wěn)恒電場(chǎng)由運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生，電荷 分布不 隨時(shí)間改變；靜電場(chǎng)由靜止電荷產(chǎn)生電場(chǎng)做功：穩(wěn)恒電場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做功；穩(wěn)恒電 路中有 能量轉(zhuǎn)移。 靜電場(chǎng)中電荷靜止，電場(chǎng)不做功。第48頁/共51頁穩(wěn)恒電路中導(dǎo)體內(nèi)存在電場(chǎng)；靜電場(chǎng)中導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)為零電荷分布靜電場(chǎng)q表面0q內(nèi)=0穩(wěn)恒電場(chǎng)q表面0均勻?qū)wq內(nèi)=0非均勻?qū)wq內(nèi)0電荷作用產(chǎn)生電場(chǎng) ，在金屬內(nèi)部抵消外部電場(chǎng) E 0E