第1講 電荷與電流

1、第一講第一講 電磁場的源電磁場的源電荷與電流電荷與電流一、電荷與電荷密度一、電荷與電荷密度電子電荷的量值：電子電荷的量值：e =1.6021773310-19 (C) 自然界中最小的帶電粒子包括電子和質(zhì)子。自然界中最小的帶電粒子包括電子和質(zhì)子。 自由電荷自由電荷：導(dǎo)體或電離氣體中的自由帶電粒子。：導(dǎo)體或電離氣體中的自由帶電粒子。 束縛電荷束縛電荷：電介質(zhì)受電場力作用形成的電荷分布。：電介質(zhì)受電場力作用形成的電荷分布。 電荷類型電荷類型極化電荷極化電荷第一講第一講 電磁場的源電磁場的源電荷與電流電荷與電流引入引入電荷密度電荷密度的概念！的概念！電電荷荷分分布布離散分布離散分布連續(xù)分布連續(xù)分布體電

2、荷分布體電荷分布面電荷分布面電荷分布線電荷分布線電荷分布點(diǎn)點(diǎn)電荷系電荷系微觀微觀宏觀宏觀電荷體密度電荷體密度 （C / m3 3）電荷面密度電荷面密度 s s（C / m2 2）電荷線密度電荷線密度 l l（C / m）問題：問題：如何描述空間中電荷的分布狀態(tài)？如何描述空間中電荷的分布狀態(tài)？一、電荷與電荷密度一、電荷與電荷密度第一講第一講 電磁場的源電磁場的源電荷與電流電荷與電流0 ( , )d ( , )( , )limdVq r tq r tr tVV( )( , )dVq tr tV單位：單位：C / m3 ( 庫庫/米米3 )物理意義：物理意義：單位體積內(nèi)的電荷量。單位體積內(nèi)的電荷量。

3、空間區(qū)域空間區(qū)域 V 中的總電荷中的總電荷 q 為為 1 1、電荷體密度、電荷體密度體積元體積元 V V 中的中的電荷電量電荷電量yxzoqVrV一、電荷與電荷密度一、電荷與電荷密度第一講第一講 電磁場的源電磁場的源電荷與電流電荷與電流單位單位: : C/m2 ( 庫庫/米米2 ) ( )( , )dsSq tr tS0 ( , )d ( , )( , )limdSSq r tq r tr tSS物理意義：物理意義：單位面積內(nèi)的電荷量單位面積內(nèi)的電荷量面積元面積元 S S 中的中的電荷電量電荷電量空間曲面空間曲面S 上的總電荷上的總電荷q 為為yxzorqSS0h思考：在空間某一點(diǎn)上能否同時存

4、在體分布和面分布電荷？思考：在空間某一點(diǎn)上能否同時存在體分布和面分布電荷？體分布電荷與面分布電荷的關(guān)系？體分布電荷與面分布電荷的關(guān)系？2 2、電荷面密度、電荷面密度一、電荷與電荷密度一、電荷與電荷密度第一講第一講 電磁場的源電磁場的源電荷與電流電荷與電流0 ( , )d ( , )( , )limdllq r tq r tr tll( )( , )dlCq tr tl單位單位: : C / m ( 庫庫/米米 )長度元長度元 l l 中的中的電荷電量電荷電量空間曲線空間曲線C 上的總電荷上的總電荷q 為為 物理意義：物理意義：單位長度內(nèi)的電荷量單位長度內(nèi)的電荷量yxzorql3 3、電荷線密度

5、、電荷線密度一、電荷與電荷密度一、電荷與電荷密度第一講第一講 電磁場的源電磁場的源電荷與電流電荷與電流4 4、點(diǎn)電荷、點(diǎn)電荷一、電荷與電荷密度一、電荷與電荷密度點(diǎn)電荷的電荷密度表示點(diǎn)電荷的電荷密度表示( )()rqrryxzorq電量為電量為q、集中在、集中在體積為零體積為零的幾何點(diǎn)上的電荷的幾何點(diǎn)上的電荷點(diǎn)電荷的點(diǎn)電荷的 表示表示 點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷q q位于坐標(biāo)原點(diǎn)位于坐標(biāo)原點(diǎn)( )r( )( )rqr00( )0rrr 點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷q q位于位于 ( (位置矢量位置矢量) )( )()rqrr0()rrrrrrr第一講第一講 電磁場的源電磁場的源電荷與電流電荷與電流1 1、電流、電流二、電流與

6、電流密度二、電流與電流密度 存在可以移動的電荷存在可以移動的電荷 存在電場存在電場單位單位: A : A （安）（安）電流方向：正電荷的流動方向電流方向：正電荷的流動方向0( )d ( )( )limdtq tq ti ttt 電流電流 ：電荷的定向運(yùn)動而形成，用：電荷的定向運(yùn)動而形成，用i 表示。表示。 形成電流的形成電流的條件條件：電流通常是時間的函數(shù)，不隨時間變化的電流稱為電流通常是時間的函數(shù)，不隨時間變化的電流稱為恒定電流恒定電流，用用I 表示。表示。 電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度定義定義： 物理意義物理意義: : 單位時間內(nèi)通過某一曲面單位時間內(nèi)通過某一曲面S S 的電荷量的電荷量導(dǎo)電媒質(zhì)導(dǎo)電媒

7、質(zhì)第一講第一講 電磁場的源電磁場的源電荷與電流電荷與電流1 1、電流、電流二、電流與電流密度二、電流與電流密度 傳導(dǎo)電流傳導(dǎo)電流：導(dǎo)電媒質(zhì)內(nèi)自由電荷運(yùn)動形成的電流：導(dǎo)電媒質(zhì)內(nèi)自由電荷運(yùn)動形成的電流 運(yùn)流電流運(yùn)流電流：真空中帶電粒子運(yùn)動形成的電流：真空中帶電粒子運(yùn)動形成的電流 磁化電流磁化電流：磁介質(zhì)受磁場力作用形成的電流分布：磁介質(zhì)受磁場力作用形成的電流分布 位移電流位移電流：電位移矢量的時間變化率：電位移矢量的時間變化率 電流的類型電流的類型第一講第一講 電磁場的源電磁場的源電荷與電流電荷與電流二、電流與電流密度二、電流與電流密度引入引入電流密度電流密度的概念！的概念！問題：問題：如何描述空

8、間中電流的分布狀態(tài)？如何描述空間中電流的分布狀態(tài)？電流分布電流分布體分布體分布面分布面分布線分布線分布體電流密度體電流密度)(A/m2J面電流密度面電流密度)(A/mSJ線電流線電流I I第一講第一講 電磁場的源電磁場的源電荷與電流電荷與電流二、電流與電流密度二、電流與電流密度2 2、體電流密度矢量、體電流密度矢量單位單位：A / m 2 （安（安/米米2） 。( )( , ) dSi tJ r tSnn0( , )d ( , )( , )limdSi r ti r tJ r teeSS 定義定義：流過任意曲面流過任意曲面S 的電流為的電流為物理意義物理意義: : 通過單位通過單位橫截面積橫截

9、面積的電流的電流正電荷運(yùn)動的方向正電荷運(yùn)動的方向體電流密度矢量體電流密度矢量JneS第一講第一講 電磁場的源電磁場的源電荷與電流電荷與電流二、電流與電流密度二、電流與電流密度2 2、體電流密度矢量、體電流密度矢量單位單位：A/m （安（安/米）米） 。tt0( , )d ( , )( , )limdSli r ti r tJr teell 定義定義：通過薄導(dǎo)體層上任意有向曲線通過薄導(dǎo)體層上任意有向曲線 的電流為的電流為l物理意義物理意義: 通過單位通過單位橫截線橫截線的電流的電流正電荷運(yùn)動的方向正電荷運(yùn)動的方向SJ面電流密度矢量面電流密度矢量0hlneln( )( , ) (d )Sli tJ

10、r tel第一講第一講 電磁場的源電磁場的源電荷與電流電荷與電流二、電流與電流密度二、電流與電流密度3 3、運(yùn)動電荷形成的電流、運(yùn)動電荷形成的電流JvSSJvlIv電荷運(yùn)動速度電荷運(yùn)動速度v思考思考: : 電流密度不為電流密度不為0 0時，電荷密度是否可以為時，電荷密度是否可以為0 0？體電荷：體電荷：面電荷：面電荷：線電荷：線電荷：第一講第一講 電磁場的源電磁場的源電荷與電流電荷與電流三、電流的連續(xù)性方程三、電流的連續(xù)性方程1 1、電荷守恒定律、電荷守恒定律 電荷是守恒的，既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，它只能從一個電荷是守恒的，既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，它只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者

11、從一個地方移動到另一個地方。物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從一個地方移動到另一個地方。SVdqdJ dSdVdtdt SVdJ dSdVdt 電流連續(xù)性方程電流連續(xù)性方程積分形式積分形式 由電荷守恒定律：在電流空間中，體積由電荷守恒定律：在電流空間中，體積V內(nèi)單位時間內(nèi)減少的電荷內(nèi)單位時間內(nèi)減少的電荷量等于流出該體積總電流，即量等于流出該體積總電流，即2 2、電流連續(xù)性方程、電流連續(xù)性方程0Jt 電流連續(xù)性方程電流連續(xù)性方程微分形式微分形式 第一講第一講 電磁場的源電磁場的源電荷與電流電荷與電流三、電流的連續(xù)性方程三、電流的連續(xù)性方程3 3、恒定（穩(wěn)恒）電流的連續(xù)性方程、恒定（穩(wěn)恒）電流的連續(xù)性方程 不隨時間變化電流不隨時間變化電流稱為恒定電流（或穩(wěn)恒電