醫(yī)學(xué)物理學(xué)(2010本專9)

醫(yī)學(xué)物理學(xué)

(Medical

Physics)

(9)

重慶醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)物理學(xué)教研室

2010級(jí)課程第七章直流電

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(6學(xué)時(shí))

穩(wěn)恒電流,電源電動(dòng)勢(shì),基爾霍夫定律及其應(yīng)用,電容器的充電及放電的基本規(guī)律電泳和電滲*

本章主要內(nèi)容§7－1穩(wěn)恒電流§7－2電源電動(dòng)勢(shì)§7－3基爾霍夫定律及其應(yīng)用§7－4電容器的充放電過(guò)程§7－5電泳和電滲*

靜電場(chǎng)定義：相對(duì)于觀察者為靜止的帶電體周圍所存在的電場(chǎng)特殊性：理想模型不是由分子、原子所組成，具有可入性（疊加原理）；

物質(zhì)性電場(chǎng)強(qiáng)度

點(diǎn)電荷

任意帶電體定義：意義：?jiǎn)挝唬河?jì)算：（電場(chǎng)是一種特殊物質(zhì)。具有力、能量、質(zhì)量等）質(zhì)量密度很小（10–23kg/m3?103kg/m3實(shí)物）

（其形狀和大小可忽略的帶電體）（每一點(diǎn)具有力效應(yīng)）矢量電勢(shì)（每一點(diǎn)具有能量）在數(shù)量和方向上等于單位正電荷在該點(diǎn)所受的力1N/C=1V/m定義：意義：?jiǎn)挝唬河?jì)算：(1)點(diǎn)電荷(2)點(diǎn)電荷系（3）連續(xù)帶電體（4）高斯定理（5）電勢(shì)梯度正負(fù)標(biāo)量在數(shù)量上等于單位正電荷從該點(diǎn)經(jīng)任意路徑到參考點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力所作的功。1V=1J/C(1)點(diǎn)電荷(2)點(diǎn)電荷系（3）連續(xù)帶電體（4）對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度積分幾何描述電力線（場(chǎng)強(qiáng)）等勢(shì)面（電勢(shì)）（求和）第七章直流電

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(3學(xué)時(shí))

穩(wěn)恒電流,電源電動(dòng)勢(shì),基爾霍夫定律及其應(yīng)用,電容器的充電及放電的基本規(guī)律。,電泳和電滲*

本章主要內(nèi)容§7－1穩(wěn)恒電流§7－2電源電動(dòng)勢(shì)§7－3基爾霍夫定律及其應(yīng)用§7－4電容器的充放電過(guò)程§7－5電泳和電滲*

§7－1穩(wěn)恒電流

（steadycurrent）一.電流（復(fù)習(xí)內(nèi)容）1.定義：

載流子（攜帶電荷的粒子）在電場(chǎng)作用下的定向移動(dòng)。2.作用：輸送能量或傳遞信息3.條件：（1）載流子（carrier）

（2）電勢(shì)差（電場(chǎng)←←電源）

金屬導(dǎo)體：自由電子電解質(zhì)：正、負(fù)離子4.方向:規(guī)定:正電荷運(yùn)動(dòng)的方向.即沿E的正方向.5.大小:電流強(qiáng)度（currentintensity):

單位時(shí)間通過(guò)導(dǎo)體橫截面積的電量。6.單位(SI):

1A=1C/s;1mA=10-3A;1

A=10-6A

安培(Ampere,1775-1836)法國(guó)物理學(xué)家

庫(kù)侖(Coulomb,1736-1806)法國(guó)物理學(xué)家SI的安培基準(zhǔn)NOTE:

(1)特例:

一般情況,I=dq/dt=f(t);

特殊情況，If(t)=恒量時(shí),稱為穩(wěn)恒電流.

(2)局限:

I為標(biāo)量,只能表示均勻?qū)w的整體情況.而無(wú)法描述容積導(dǎo)體(volumeconductor)的導(dǎo)電情況.幾種典型導(dǎo)體的電流分布粗細(xì)均的金屬導(dǎo)體粗細(xì)不均勻的金導(dǎo)線半球形接地電極附近的電流容積導(dǎo)體

粗細(xì)不均勻的導(dǎo)體，溶液電解質(zhì)導(dǎo)電、人體軀干等大塊導(dǎo)體，在不同的截面上電流的分布是不均勻的，電流的大小和方向在導(dǎo)體各部分不一樣，這樣的導(dǎo)體稱為容積導(dǎo)體（volumeconductor)二.電流密度矢量1.定義(P179圖7-1)

（1）方向：該點(diǎn)處電場(chǎng)強(qiáng)度的方向。

（2）大?。涸擖c(diǎn)垂直于電場(chǎng)強(qiáng)度方向的單位截面積上通過(guò)的電流強(qiáng)度。2。單位：A/m23.幾何描述---電流線

每一點(diǎn)的切線均與該點(diǎn)處電流密度矢量的方向一致的曲線。

電流線

電流分布場(chǎng)4.作用

可描述非均勻的容積導(dǎo)體中每一點(diǎn)電荷流動(dòng)的分布情況。典型容積導(dǎo)體的電流分布電阻法勘探礦藏時(shí)的電流同軸電纜中的漏電流三.歐姆定律的微分形式1.積分形式（1）表達(dá)式I=U2-U1/R

表示整個(gè)導(dǎo)體中電流強(qiáng)度與電壓、電阻的關(guān)系（2）單位：[I]=A；[V]=V；[R]=

（3）電阻R=l/S

其中l(wèi)—長(zhǎng)度

S—截面積---電阻率

絕緣體0超導(dǎo)體=f（T）常規(guī)=0（1+T）熱敏=0eT2.微分形式

(P179圖7-2）取微元dSdl其中：---電導(dǎo)率NOTE:(1)微分形式的物理意義:任一點(diǎn)的電流密度矢量均與該點(diǎn)處電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的方向相同而且成正比,與

成反比(與

成正比).(2)作用：歐姆定律的微分形式表示空間每一點(diǎn)電流與電壓、電阻的關(guān)系,與導(dǎo)體的形狀和大小無(wú)關(guān).可定量地描述非均勻或非穩(wěn)恒的電流分布.四.電解質(zhì)的導(dǎo)電電解質(zhì)的載流子:正、負(fù)離子（

Ze）1.無(wú)外電場(chǎng)時(shí)

I=02.有外電場(chǎng)時(shí)（1）正離子

Z+e

漂移速度u+摩擦力f=k+u+

勻速時(shí)Z+e·E-k+u+

=0

故(P1447-7)四.電解質(zhì)的導(dǎo)電（1）正離子

Z+e

漂移速度u+摩擦力f=k+u+

故(P1447-7)

正離子遷移率（電泳技術(shù)的理論公式P153-）第五節(jié)電泳和電滲一、電泳

液體中的帶電微粒在外電場(chǎng)的作用下的定向遷移現(xiàn)象稱為電泳（electrophoresis)式中的K是與介質(zhì)特性有關(guān)的比例系數(shù)，Z為帶電粒子所帶電量的電荷數(shù)，e為基元電量，u為定向遷移速率，E為導(dǎo)體介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度值，該式可以作為測(cè)量載流子遷移率的基本公式。由于帶電不同的微粒有不同的遷移速度，因而利用該技術(shù)可將不同的帶電微粒分開(kāi)，基于該目的的電泳術(shù)稱為制備電泳術(shù)（preparationelectrophoresis)

由測(cè)定遷移率來(lái)確定微粒的不同帶電特性，從而推斷其另外的特性（生物學(xué)、化學(xué)的等）技術(shù)叫分析電泳術(shù)（analyticalelectrophoresis)（2）負(fù)離子

Z-e(P1447-8)（3）電解質(zhì)歐姆定律的微分形式

（Z價(jià)正、負(fù)離子;n）

(P1457-10;11)因?yàn)樗?，電解質(zhì)歐姆定律的微分形式

（Z價(jià)正、負(fù)離子;n）

(P1457-10;11)§7－2電源電動(dòng)勢(shì)

（electromotiveforce）一.電源(p145,圖7-3)1.定義：

提供非靜電場(chǎng)強(qiáng)度Ek的裝置。2.作用：

克服靜電場(chǎng)力做功，使正電荷從電源負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移向正極。一.電源電動(dòng)勢(shì)3.物理量：（1）定義：

電動(dòng)勢(shì)

——非靜電場(chǎng)力把單位正電荷從電源負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移向正極時(shí)所做的功。（2）單位：V（伏特）（3）方向：－

＋（4）電學(xué)符號(hào)：┷┳電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻

**正極負(fù)極電源+_

電源電動(dòng)勢(shì)大小等于將單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移至正極時(shí)非靜電力所作的功.電源電動(dòng)勢(shì)（1）接觸電動(dòng)勢(shì)（2）溫差電動(dòng)勢(shì)（3）濃差電動(dòng)勢(shì)（4）流動(dòng)電動(dòng)勢(shì)4.常見(jiàn)生物電動(dòng)勢(shì)種類（P146）二.含源電路的歐姆定律

1.純R穩(wěn)恒電路的結(jié)論2.一段含源電路的一般步驟（P174圖7－4）

（1）