第六章穩(wěn)恒電流

第六章穩(wěn)恒電流1第一頁，共二十四頁，2022年，8月28日§6.1電流密度§6.2穩(wěn)恒條件§6.3歐姆定律的微分形式§6.4電動勢、*△溫差電現(xiàn)象△§6.5含源電路△§6.6電容器的充電與放電*△§6.7電流的一種經(jīng)典微觀圖象本章目錄第二頁，共二十四頁，2022年，8月28日本章從“場”的角度出發(fā)，§6.1電流密度（currentdensity）的概念就夠了。對大塊導體，以電場的規(guī)律為基礎(chǔ)，研究電路的基本規(guī)律。對細導線用電流強度

(electriccurrentstrength)還需電流密度的概念來進一步描寫電流的分布。例如：電阻法探礦（圖示）第三頁，共二十四頁，2022年，8月28日定義：電流密度大?。簩θ我庑∶嬖?，對任意曲面S：P處正電荷定向移動速度方向上的單位矢量dI方向//vdIdSPI大塊導體第四頁，共二十四頁，2022年，8月28日為形象描寫電流分布，引入“電流線”的概念：

要求：1）電流線上某點的切向與該點的方向一致；電流線PjdNdS2）電流線的密度等于j，即：第五頁，共二十四頁，2022年，8月28日載流子定向移動速度對Cu：∵電流有熱效應，故應限制j

的大?。豪鐚u導線要求：（粗）

（細）

對于超導導線，j可達104A/mm2。dS=1jI電流線vnqn—載流子的濃度q—載流子電荷第六頁，共二十四頁，2022年，8月28日§6.2穩(wěn)恒條件IdsjSq內(nèi)對閉合曲面S有：—電荷守恒定律穩(wěn)恒情況有：

穩(wěn)恒條件：

或（積分形式）（微分形式）第七頁，共二十四頁，2022年，8月28日必有I=0穩(wěn)恒情況必有I入=I出I入I出電路II電路I二端網(wǎng)絡(luò)對電路的“節(jié)點”：

—

基爾霍夫第一定律

（Kirchhofffirstlaw）i=1,2,規(guī)定從節(jié)點流出：I>0，流入節(jié)點：I<0。IiS節(jié)點由基爾霍夫第一定律可知穩(wěn)恒情況第八頁，共二十四頁，2022年，8月28日§6.3歐姆定律的微分形式歐姆定律（Ohmslaw）對一段均勻金屬導體：─電阻率

(resistivity)，單位：電導：(conductance)單位：（西門子）─電導率

(conductivity)，單位：電阻(resistance)SRULabIab（U=a-b）第九頁，共二十四頁，2022年，8月28日將歐姆定律用于大塊導體中的一小段，—歐姆定律微分形式上式對非均勻?qū)w，非穩(wěn)恒電流也成立。有：IjdldS電流線+ddU第十頁，共二十四頁，2022年，8月28日已知：大地的，求：接地電阻R解：a大地.a[例]hIrh>>a。導體球（一般R10-2）如圖示，設(shè)接地電流為I。第十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日當r=10a時，減小整個接地電阻的關(guān)鍵。ar大地.ahIr即90%的電勢降落在r=10a所以改善接地點附近的電阻，是a-

r=0.9U，討論分析影響接地電阻的關(guān)鍵：的范圍內(nèi)。第十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日一.電動勢（electromotiveforce，簡寫作emf）-q(t)q(t)I一段不閉合電路q(t)E

(t)I(t)要維持穩(wěn)恒電流，§6.4電動勢、*溫差電現(xiàn)象+qR-I+才能在閉合電路中形成穩(wěn)恒電流。必須有非靜電力存在，電磁，化學，熱，光，原子，電路必須閉合。而第十三頁，共二十四頁，2022年，8月28日定義非靜電性場強仿照電勢差（電壓）的定義—電勢降定義電動勢—電勢升第十四頁，共二十四頁，2022年，8月28日CuFeII熱接頭冷接頭若兩個接頭處的溫度不同，兩種金屬接成一個回路，溫差電動勢的成因：▲在同種金屬中，溫差形成自由電子的熱擴散（湯姆孫Thomon電動勢）▲不同金屬自由電子濃度不同，在接頭處產(chǎn)生與溫度有關(guān)的擴散（珀耳帖Peltier電動勢）則回路中形成溫差電動勢。（見趙凱華等著《電磁學》上冊，第三章§5）*二.溫差電現(xiàn)象（席貝克Seebeck效應，1821）第十五頁，共二十四頁，2022年，8月28日測溫熱電偶（KD022）一般mV/100C。優(yōu)點：▲熱容小，靈敏度高(10-3C)。▲可逐點測量，測小范圍內(nèi)溫度變化▲測溫范圍大（-200C—2000C）。?！阌谧詣涌刂芓2T1待測已知恒溫（測）電位差計ABCBiSb

10-2V/100C。（鉍）（銻）熱電偶：演示溫差電磁鐵（KD023）第十六頁，共二十四頁，2022年，8月28日溫差電現(xiàn)象的現(xiàn)代應用實例：掃描熱顯微鏡壓電控制裝置鎢鎳絕緣體通向電子裝置芯片第十七頁，共二十四頁，2022年，8月28日掃描熱顯微鏡簡介熱探針針尖直徑只有約30nm，納米的尺度上，測出萬分之一度的溫度變化?！ぷ髟恚罕砻娴钠鸱鼱顩r?！阅埽横樇夂捅粶y表面距離針尖散熱通電流使探針加熱并接近試樣表面。由此可反映出探針尖與試樣表面間隙的大小。當探針在試樣表面上掃描時，針尖和被測表面距離針尖散熱

溫度。溫度；就能測出試樣可在數(shù)十第十八頁，共二十四頁，2022年，8月28日▲掃描熱顯微鏡的應用：◆檢測電子芯片表面的質(zhì)量?！籼綔y活細胞中溫度的變化，從而給出新陳代謝方式的線索?！敉ㄟ^探針尖端熱量的散失情況，測定微細氣流或液流的流量?！魴z測試樣表面成分（光熱吸收分光術(shù)）：進而給出試樣表面成分在極小尺用激光照射試樣，改變激光波長，同時測試樣溫度的變化，實現(xiàn)微觀尺度上的光譜分析。度上的變化，第十九頁，共二十四頁，2022年，8月28日考慮到，有：對上圖單回路：U—電源的端電壓△§6.5含源電路一.單閉合回路IR+_rU第二十頁，共二十四頁，2022年，8月28日二.有分叉的回路—基爾霍夫第二定律

(Kirchhoffsecondlaw)與L繞向一致為正。L..iRiIi..ab第二十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日三.一段含源電路—

一段含源電路的正方向：有bL..iRiIi..aab的歐姆定律例如，上面電路從a、b間斷開：第二十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日△§6.6.電容器的充電與放電充電：放電：

時間常數(shù)（timeconstant）特點：uc不能突變。tuc0U0tuR0U00tu入U0。C。u入