20知識資料第一章第七節(jié)恒定電場（一）

千里之行，始于足下朽木易折，金石可鏤Word-可編輯1.7恒定電場大綱要求：1控制恒定電流、恒定電場、電流密度的概念

2控制微分形式的歐姆定律、焦耳定律、恒定電場的基本方程和分界面上的銜接條件，能準(zhǔn)確地分析和計算恒定電場問題

3控制電導(dǎo)和接地電阻的概念，并能計算幾種典型接地電極系統(tǒng)的接地電阻1.7.1恒定電場的基本概念電流：是電荷的定向移動形成的；單位時光內(nèi)通過某一橫截面的電荷量，簡稱為電流。恒定電流：方向和大小都不隨時光改變的電流，直流電也是恒定電流。恒定電場：電荷的定向移動形成電流，電荷的分布也不隨時光變化。只是研究由電荷大小產(chǎn)生的場，那個就是電場，因為電荷運動產(chǎn)生的場是磁場。恒定電流產(chǎn)生恒定電場，是因為單位時光內(nèi)單位體積的電荷數(shù)恒定，所以電場恒定。同時，也產(chǎn)生恒定磁場，是因為電流恒定，就是電荷的運動速度是定值，所以磁場恒定。一．電流與電流密度電流強度：描述電流大小的。單位時光內(nèi)流過導(dǎo)電體截面的電荷量。單位是安培（A）。電流強度并不能確切的描述電流在電流場中的分布情況，而電流產(chǎn)生的場與電流的分布有關(guān)。描述電流在穿過任一截面時，在該截面上決定的分布和方向的物理量叫電流密度。電流密度：是一個矢量，其方向為正電荷的運動方向，其大小等于單位時光內(nèi)通過垂直于電流方向單位面積的電荷量。單位：安培每平方米，記作。它在物理中普通用J表示。倘若垂直穿過以正電荷運動方向為法線的小曲面的電流強度為，則在電流場中，倘若已知電流密度J，則通過面元的電流強度為：穿過隨意曲面S的電流強度I為：即電流強度I是電流密度J的通量。對電流分布在曲面附近很薄的一層中的情況，當(dāng)不需分析計算這一薄層中的場時，可忽略薄層的厚度，將電流近似看成是面電流。面電流用電流面密度表示，記為。電流薄層上點的電流面密度為單位時光垂直穿過單位長度的薄層截面的電量，即的單位為A/m。若已知面電流的電流面密度，則流過長度為的薄層截面的電流強度為：對于電流在細(xì)導(dǎo)線中流動的情況：當(dāng)不需計算細(xì)導(dǎo)線中的場時，可將電流看成是線分布，線電流密度就是電場強度，方向為電流的方向，即既然電流是電荷的運動形成的，電流密度就應(yīng)與運動電荷的密度以及電荷運動的速度有關(guān)，若密度為的電荷以速度運動，則在的時光內(nèi)，電荷的位移為。若沿著電荷的運動方向取一端面面積為，長度為的圓柱體，如圖1-所示。那么在的時光內(nèi)，穿過截面的電荷量為，因此穿過截面的電流強度為。電流密度與電荷體密度以及運動速度的關(guān)系為：電流密度與運動電荷體密度的關(guān)系注重：由靜止電荷(相對于看見者靜止的電荷)激發(fā)的電場是靜電場。靜電場除了要求電荷分布不隨時光變化外，還要求電荷不流動。因此，靜電場中導(dǎo)體內(nèi)部場強到處為零，導(dǎo)體的電位到處相等，且在導(dǎo)體表面外附近，電場同導(dǎo)體表面垂直；此外，靜電場中沒有電流，不存在電流產(chǎn)生的磁場，即靜電場與磁場沒有必然的聯(lián)系。穩(wěn)恒電場只要求電荷分布不隨時光變化，允許導(dǎo)體中存在不隨時光變化的電流。因此，穩(wěn)恒電場中導(dǎo)體內(nèi)部的電場強度可以不為零，導(dǎo)體內(nèi)兩點之間可以有電位差，在導(dǎo)體表面外附近，電場同導(dǎo)體表面普通不垂直；此外，穩(wěn)恒電場總是陪同著穩(wěn)恒磁場。二．恒定電場的基本方程電流密度與運動電荷體密度的關(guān)系（體電流密度矢量）（面電流密度矢量）（線電流密度矢量）1.歐姆定律大量實驗表明，對于傳導(dǎo)電流，導(dǎo)電媒質(zhì)中的電流密度與電場強度的關(guān)系（1）稱為導(dǎo)電媒質(zhì)的電導(dǎo)率，單位是。電導(dǎo)率單位為西門子/米為電阻單位歐姆的倒數(shù)，電阻率單位為歐姆米，是指橫截面積為一平方毫米長度為一米的導(dǎo)電物質(zhì)的電阻大小。（1）式是歐姆定律的微分形式，即是極小的體積元上的歐姆定律。歐姆定律說明了一段導(dǎo)體兩端的電壓與導(dǎo)體中電流的關(guān)系，普通僅適用于電流分布勻稱的情況；而微分形式的歐姆定律給出了導(dǎo)體中某點電流密度與該點電場強度的關(guān)系，可用于電流分布不勻稱的情況，在導(dǎo)體中的一個微分體積元上，可以認(rèn)為電流密度是勻稱的。說明：電導(dǎo)率的物理意義是表示物質(zhì)導(dǎo)電的性能。電導(dǎo)率越大則導(dǎo)電性能越強，反之越小。另外，不少人將電導(dǎo)跟電導(dǎo)率混淆：電導(dǎo)是電阻的倒數(shù)，電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)。理想導(dǎo)體（也稱完純導(dǎo)體）是電阻為0即電導(dǎo)率為無窮大的物質(zhì)，是一個與理想介質(zhì)相對應(yīng)的概念，在實際中并不存在。理想導(dǎo)體內(nèi)沒有電場和磁場，其表面上沒有切向的電場和法向的磁場。2.焦耳定律焦耳定律：是定量說明傳導(dǎo)電流將電能轉(zhuǎn)換為熱能的定律。

①文字講述，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱