清华大学陈信义教授 电磁学（第三册）课件（完整版）电磁学（第三册）第6章 恒定电流

2005年春季学期 陈信义编,电磁学（第三册）,第6章 恒定电流,自学 “第7章磁力”,1,目 录,【演示实验】冷热水温差电机 温差电磁铁 测温热电偶,§6.1 电流和电流密度,§6.3 欧姆定律的微分形式,§6.2 恒定电流和恒定电场,§6.4 电动势,§6.5 有电动势的电路,电流密度Lorentz 协变矢量,补充：温差电效应及其应用,2,§6.1 电流和电流密度,一、电流密度矢量,方向：对正载流子，与载流子的运动同向； 对负载流子，与载流子的运动反向。,数值：单位时间通过单位垂直面积的电量。,电流密度描写大块导体中电流分布,3,1、单一载流子,2、多种载流子,4,3、金属自由电子导电,漂移速度：,热运动的漂移速度为零。,5,二、电流强度,三、电流的连续性方程,由电荷守恒,6,§6.2 恒定电流和恒定电场,一、恒定电流 (steady current),在恒定电流导体中的任何地方，一些电荷因流动而离开的同时，另外一些电荷必将移动过来,电荷的宏观分布不随时间变化,稳恒条件：,或,7,二、基尔霍夫节点定律,即,对于恒定电流，有,流出为正 流入为负,在恒定电流情况下，电荷分布不随时间变化。,8,在恒定电流情况下，不随时间变化的电荷分布所产生的不随时间变化的电场,1、恒定电场服从高斯定理（任何电场都服从高斯定理）,三、恒定电场,2、恒定电场服从环流定理（基本假定）,恒定电场,9,恒定电流：电荷分布不随时间变化；磁场恒定无感应电场。,由静止电荷产生服从环流定理。,如何理解恒定电场？,由运动电荷或变化的磁场产生不服从环流定理。,因此，恒定电场服从环流定理。,产生电场只有两种方式：,对于恒定电场 ，电势和电势差概念仍然适用。,10,3、恒定电场与静电场的不同点,静电场：,电荷静止，不激发磁场,静电平衡导体内部场强,维持静电场不需要能量的转换,恒定电场：,电荷运动，激发磁场（恒定磁场）,导体内部恒定电场,伴随能量的转换,11,对于电离气体、半导体，欧姆定律不成立 伏安特性曲线。,12,13,14,恒定电流：,电场分布：,电场在界面不连续，,【思考】你能算出界面上的电荷吗？,界面上有电荷积累。,15,§6.4 电动势,非静电场，反抗静电场移动电荷。,16,由负极到正极，电势（由静电场产生）升高的方向,把单位正电荷从“”极移到“”极，非静电场作的功,（电源内）,电源的电动势：,电动势的正方向：,17,在回路中，沿L由点1到点2的电动势：,把单位正电荷，沿L由点1移动到点2，非静电场所作的功。,（与路径有关）,注意：电势差（电压，电势降）的定义,（与路径无关）,18,一、全电路欧姆定律,§6.5 有电动势的电路,19,电流由恒定电场 Es 和非静电场 Ene 共同决定,恒定电场服从环路定理：,用场的观点说明：,20,电动势,得全电路欧姆定律：,21,2、回路定律,电动势符号： 与 L 同向， 取负号 与 L 反向， 取正号,电流符号：I 与 L 同向， I 取正号 I 与 L 反向， I 取负号,二、基尔霍夫（ Kirchhoff ） 定律,1、节点定律,22,例如,回路定律：,23,补充：温差电效应及其应用,在两端温度不同的金属中，由自由电子热扩散造成的非静电力所形成的电动势。,自由电子密度不同的金属紧密接触，由于自由电子的扩散，在接触面形成的电势差。,2、汤姆森（W.Thomson）电动势,1、珀尔帖(J.C.A.Peltier)电动势（接触电势差）,接触电位差：103102 V，与温度有关。,24,3、温差电动势,将两种金属A和B做成导线串联起来，并使两个接触点的温度分别为T1和T2，则在整个闭合回路中产生的珀尔帖电动势与汤姆森电动势之和，称为温差电动势或塞贝克(T.J.Seebeck)电动势。温差电动势与温差T1T2有关。,25,4、温差电偶,由于第三种金属材料C的两端与A, B的接触点的温度相同，所以C的插入并不影响温差电动势的大小。,26,测温热电偶,【演示实验】,温差电堆,27,冷热水温差电机,【演示实验】,28,温差电磁铁,【演示实验】,29,补充：电流密度Lorentz 协变矢量,30,通过与四动量类比得到,31,四动量：,电流密度四矢量：,32,自学 “第7章磁力”,33,