趙凱華電磁學(xué)第三恒定電流實用教案

1、會計學(xué)1趙凱華電磁學(xué)第三趙凱華電磁學(xué)第三(d sn)恒定電流恒定電流第一頁，共37頁。( )0qdq tItItdt E第1頁/共37頁第二頁，共37頁。 dSdIJdssd第2頁/共37頁第三頁，共37頁。sdJJdsdI SsdJI dSdIJJdssd第3頁/共37頁第四頁，共37頁。JSJ ds :sdJS dtdq內(nèi)內(nèi) Sn n 0 sdJ0 dtdq內(nèi)內(nèi)I 0 sdJ0dtqd 內(nèi)內(nèi)dtqdsdJ內(nèi)內(nèi) dtqdsdJ內(nèi)內(nèi) 第4頁/共37頁第五頁，共37頁。SJ線0 dtdq內(nèi)內(nèi)S內(nèi)正電荷增加(zngji)0 SsdJ 電流線終止(zhngzh)于dq/dt0處2.電流線與電荷運動(

2、yndng)、增減的 2.關(guān)系dtdqsdJS內(nèi)對比分析0 qsdES 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(tu dng)過程：外:正極負(fù)極；內(nèi)：負(fù)極正極EK單位(dnwi)正電荷所受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20頁/共37頁第二十一頁，共37頁。二、電動勢UE 21ldEU ?K 由靜電力的功引出(yn ch)電勢差、電勢?ldK_ 由非靜電力的功引出(yn ch)一種

3、所謂的勢？電動勢定義在電源內(nèi)部把單位正電荷由負(fù)極移到正極，非靜電力所做的功 _ldK 電動勢特性(txng)與外電路無關(guān)電源特性(1)是否接外電路(2)電流流動方向E非靜電力第21頁/共37頁第二十二頁，共37頁。三、電源的路端電壓-（負(fù)載兩端(lin dun)的電壓）電源(dinyun)正、負(fù)兩極間的電壓差 (電動勢？)路端電壓定義(dngy)： 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 說明存在兩種力外電路：一種力推動力與流第22頁/共37頁第二十三頁，共37頁。 ldKldJ ldKldJld)KJ(U ldJ 關(guān)關(guān)

4、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:ld第23頁/共37頁第二十四頁，共37頁。電源(dinyun)電動勢小于路端電壓：被充電ldK (高)J充電+l 充電 ldJUJSIJ,1 ldJSI ldJSI SlIJldK放電-l 放電Ir 充電Ir 放電理解(lji)與記憶電源(dinyun)電動勢大于路端電壓: 可放電第24頁/共37頁第二十五頁，共37頁。理想電源(dinyun)、實際電源(dinyun)理想(lxing)電源：內(nèi)阻 0r特性(txng)：rU0即：無論充放電、電流大小即：電源提供的路端電壓恒定 恒壓源缺點：電源提供的電壓與電流有關(guān)

5、r實際電源：內(nèi)阻 ，等效于理想電源和電阻 串聯(lián) 。 0rIrU 第25頁/共37頁第二十六頁，共37頁。rIIUI2 rIUII2 rIIUI2 IrU 第26頁/共37頁第二十七頁，共37頁。四、閉合回路(hul)的電流強(qiáng)度和輸出功率1.電流強(qiáng)度(din li qin d)考慮(kol)最簡單的電源放電回路rR利用已有公式IRU R兩端電壓：IrU 路端電路：IrIR rRI 閉合回路（全電路）歐姆定律第27頁/共37頁第二十八頁，共37頁。UR0outP短路R=0R0outP2.輸出功率及匹配(ppi)條件Poutmax?222)(rRRRIUIPout032rRRrdRdPoutrR r

6、Pout42max負(fù)載電阻與電源(dinyun)的匹配條件電源(dinyun)最大輸出功率條件dPout/dR=0問題？在實際應(yīng)用中是否總是追求最大輸出功率？第28頁/共37頁第二十九頁，共37頁。五、穩(wěn)恒電路(dinl)導(dǎo)體中的電荷和電流線問題(wnt)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(ynji)方法：從滿足的條件分析普適的推理方法(a) 時的導(dǎo)體電流穩(wěn)恒條件0 K ssSdESdJ0 第29頁/共37頁第三十頁，共37頁。22Sd2J0qSdE0s 內(nèi)內(nèi)(b)分析(fnx)0SdESdEss 均勻(jnyn)導(dǎo)體非均勻(jnyn)導(dǎo)體1J

7、1Sd0SdJSdJ2211 在右圖中的電流線管內(nèi)0SdESdE222111 112122SdESdE 2211SdESdE 112111SdESdE )1(SdE2111 1J通過陰影閉合面的電通量0SdESdJss 第30頁/共37頁第三十一頁，共37頁。0)1 (2111SdESdE0 內(nèi)內(nèi)q22Sd2J1J1Sd1J)(21非均勻?qū)w不同的非均勻(jnyn)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31頁/共37頁第三十二頁，共37頁。問題穩(wěn)恒電流導(dǎo)體表面(biomin)是否存在電荷？穩(wěn)恒時: 平行導(dǎo)體表面JJ導(dǎo)體表面2.穩(wěn)恒

8、電流線性質(zhì)(xngzh)：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(din chng)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32頁/共37頁第三十三頁，共37頁。問題(wnt)穩(wěn)恒 電流線平行導(dǎo)體表面(biomin)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q表面0電流q表面,q電極共同產(chǎn)生平行于電流的電場q表面(biomin)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33頁

9、/共37頁第三十四頁，共37頁。相同之處 電場不隨時間改變 滿足高斯定理 滿足環(huán)路定理，是保守場，可引入電勢(dinsh)概念六.靜電場(din chng)和穩(wěn)恒電場(din chng)比較不同之處電場產(chǎn)生源：穩(wěn)恒電場由運動電荷(dinh)產(chǎn)生，電荷(dinh) 分布不 隨時間改變；靜電場由靜止電荷(dinh)產(chǎn)生電場做功：穩(wěn)恒電場對運動電荷(dinh)做功；穩(wěn)恒電路中有 能量轉(zhuǎn)移。 靜電場中電荷(dinh)靜止，電場不做功。第34頁/共37頁第三十五頁，共37頁。穩(wěn)恒電路中導(dǎo)體(dot)內(nèi)存在電場；靜電場中導(dǎo)體(dot)內(nèi)的電場為零電荷分布靜電場q表面0q內(nèi)=0穩(wěn)恒電場q表面0均勻?qū)wq內(nèi)=0非均勻?qū)wq內(nèi)0電荷(dinh)作用產(chǎn)生電場 ，在金屬內(nèi)部抵消外部電場 E 0E使導(dǎo)體內(nèi)部電場 平行導(dǎo)體表面，滿足 EEJ 導(dǎo)體(dot)面體積最小的等位面體積最大的電流管面第35頁/共3