电动势和全电路欧姆定律

1、第三章 稳恒电流3-4 3-4 电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律一、非静电起源的电力一、非静电起源的电力1 1、非静电力、非静电力 仅在电场力作用下形成的电流是一种不稳恒的短仅在电场力作用下形成的电流是一种不稳恒的短暂的电流，这种电流的电流线是不闭合的暂的电流，这种电流的电流线是不闭合的 怎样才能在导体内产生稳恒的电流，使电流线闭怎样才能在导体内产生稳恒的电流，使电流线闭合起来？合起来？ 要形成稳恒的电流，就必须存要形成稳恒的电流，就必须存在一种本质上不同于静电力的作在一种本质上不同于静电力的作用力，它能使用力，它能使“正电荷正电荷”反抗静反抗静电力的作用，从低电势处向高电电力的作

2、用，从低电势处向高电势处运动。使电流线闭合起来。势处运动。使电流线闭合起来。这种力就称为这种力就称为非静电起源的电力非静电起源的电力第三章 稳恒电流 非静电力非静电力是是维持稳恒的电流的必要条件维持稳恒的电流的必要条件3-4 3-4 电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律一、非静电起源的电力一、非静电起源的电力1 1、非静电力、非静电力lsl dESdj00从能量守恒及转换看：从能量守恒及转换看：从电流线闭合看：从电流线闭合看： 欲形成稳恒电流，电路中非静电力（电源）不可欲形成稳恒电流，电路中非静电力（电源）不可少且电路闭合少且电路闭合 作用于作用于单位正电荷单位正电荷的非静电力称为的非

3、静电力称为非静电场的场非静电场的场强强2 2、非静电力的场强、非静电力的场强K第三章 稳恒电流3 3、电源、电源 凡是能够产生这类非静电力的装置称为电源。它凡是能够产生这类非静电力的装置称为电源。它是是将其他形式能量转变成电能的装置将其他形式能量转变成电能的装置 常见的电源常见的电源 在不同的电源中，非静电力的起源不同在不同的电源中，非静电力的起源不同 化学电源化学电源（干电池、蓄电池、燃料电池等）（干电池、蓄电池、燃料电池等） 温差电源温差电源3-4 3-4 电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律 非静电力来源于化学作用非静电力来源于化学作用 非静电力来源于与温度差非静电力来源于与温度

4、差和电子的浓度差相联系的电子和电子的浓度差相联系的电子扩散作用扩散作用第三章 稳恒电流3 3、电源、电源3-4 3-4 电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律 普通发电机普通发电机 非静电力来源于电磁感应非静电力来源于电磁感应 范德格拉夫静电起电机范德格拉夫静电起电机中的皮带就是一种电源中的皮带就是一种电源 此外，还有此外，还有纽扣电池、太阳能电池、核能电池纽扣电池、太阳能电池、核能电池等等 非静电力来源于机械作用非静电力来源于机械作用丹尼尔电池丹尼尔电池汽车蓄电池汽车蓄电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池纽扣电池纽扣电池第三章 稳恒电流3 3、电源、电源3-4 3-4 电动势和全电路欧姆定律电

5、动势和全电路欧姆定律勒克兰西电池勒克兰西电池电源及电动势视频电源及电动势视频第三章 稳恒电流二、二、电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律KEE 考虑到非静电场考虑到非静电场K的作用，欧姆定律的微分形式的作用，欧姆定律的微分形式为为)(KEjl djl djl dj内内外外l dKl dEl dKE)(l dK0l dE3-4 3-4 电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律1 1、电源电动势、电源电动势它表示，绕闭合路径一周非静电它表示，绕闭合路径一周非静电场对单位正电荷所作的功，称为场对单位正电荷所作的功，称为电源的电动势电源的电动势第三章 稳恒电流二、二、电动势和全电路欧姆定律

6、电动势和全电路欧姆定律3-4 3-4 电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律电源和水泵作用类比的电源和水泵作用类比的FLASH演示演示 或定义为：或定义为：把单位正电荷从负极经把单位正电荷从负极经电源内部移到正极的过程中非静电场电源内部移到正极的过程中非静电场所做的功所做的功，即，即 l dK 若闭合回路中到处都存在非静电场，则前者比后若闭合回路中到处都存在非静电场，则前者比后者更具普遍性者更具普遍性 反映电源中非反映电源中非静电力做功的本领，静电力做功的本领，与外电路无关，为与外电路无关，为标量，可正可负。标量，可正可负。单位为：单位为：伏特伏特 第三章 稳恒电流IRSdlISdlIj

7、dll dj外外外外外外外外jSI 注意到注意到IrSdlISdlIjdll dj内内内内内内内内)(rRI 全电路欧姆全电路欧姆定律定律 3-4 3-4 电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律2 2、全电路欧姆定律、全电路欧姆定律*正极正极负极负极电源电源+_rR：内阻：内阻r第三章 稳恒电流三、稳恒三、稳恒电场在电场在稳恒稳恒电路中的作用电路中的作用 在在稳恒稳恒电路中电路中静静电场的作用是非常重要的，因为电场的作用是非常重要的，因为)(KEj)(rRI1 1）非）非静静电场通常只分布在电源内部某些区域中，电场通常只分布在电源内部某些区域中，在没有非在没有非静静电场的地方，电荷是在电

8、场的地方，电荷是在静静电场的作用下电场的作用下作定向运动的作定向运动的2 2）在电流达到）在电流达到稳恒的过程稳恒的过程中，中，静静电场又担负着重要电场又担负着重要的调节作用的调节作用3-4 3-4 电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律第三章 稳恒电流3 3）从能量的转换看，从能量的转换看，静静电场的作用也是不可忽视，电场的作用也是不可忽视，尽管在整个闭合电路中尽管在整个闭合电路中静静电场作的总功为零，静电电场作的总功为零，静电能变化的总和为零。电路上消耗的能量归根到底能变化的总和为零。电路上消耗的能量归根到底是是非非静静电场提供的电场提供的。但是。但是静静电电场起着能量的中转作用，场

9、起着能量的中转作用，它把电源内部的非静电能转送到外电路上它把电源内部的非静电能转送到外电路上 单位时间内，外电阻单位时间内，外电阻R和内电阻和内电阻r 上消耗的总能上消耗的总能量为量为rIRI22 非静电场作的功为非静电场作的功为三、稳恒三、稳恒电场在电场在稳恒稳恒电路中的作用电路中的作用3-4 3-4 电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律第三章 稳恒电流 在在稳恒稳恒电路中，电路中，静静电场电场搬运电荷的结果将使电路搬运电荷的结果将使电路上各点的电势差减少，有使之上各点的电势差减少，有使之成为等势体的趋势成为等势体的趋势，而而非静电场非静电场搬运电荷的结果将使电路上各点的电势搬运电荷

10、的结果将使电路上各点的电势差增大，有差增大，有阻碍它成为等势体的趋势阻碍它成为等势体的趋势 正是这种矛盾和对立，才保证了正是这种矛盾和对立，才保证了电路中既存在电电路中既存在电荷的定向运动，又保持各点电势恒定不变，使电路荷的定向运动，又保持各点电势恒定不变，使电路中形成持久的稳恒电流中形成持久的稳恒电流 全电路欧姆定律反映了电路中能量的转换关系全电路欧姆定律反映了电路中能量的转换关系三、稳恒三、稳恒电场在电场在稳恒稳恒电路中的作用电路中的作用3-4 3-4 电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律)(2rRII)(rRI第三章 稳恒电流四、接触电势差四、接触电势差 温差电动势温差电动势3-

11、4 3-4 电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律1 1、能量转换的可逆与不可逆现象、能量转换的可逆与不可逆现象 焦耳热焦耳热电阻媒质导电产生热量电阻媒质导电产生热量Q散发，与散发，与I 流向无关，一去不返流向无关，一去不返 不可逆不可逆 热扩散热扩散 热扩散（传导），热扩散（传导），单向过程单向过程 12TT低低温温从从高高温温 可逆可逆 电池电池充电，电能转化为化学能；放电，化学充电，电能转化为化学能；放电，化学能转化为电能能转化为电能 温差电温差电实现：实现： 热热能能电电能能 浓度扩散浓度扩散粒子从粒子从 扩散，单向进行扩散，单向进行 小小大大nn第三章 稳恒电流3-4 3-4

12、电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律2 2、接触电势差、接触电势差 实验发现，两种不同的金属紧密接触在一起时，实验发现，两种不同的金属紧密接触在一起时，两金属间会出现一定的电势差，这种现象叫两金属间会出现一定的电势差，这种现象叫接触电接触电现象现象。两金属的电势差称为。两金属的电势差称为接触电势差接触电势差伏打正拿着他的电池伏打正拿着他的电池 1799 1799年年伏打伏打( (A.Volta，1745-18271745-1827 ) )发现。发现。这一发这一发现直接导致伏现直接导致伏打在一年后发打在一年后发明明“伏打电伏打电池池”世界世界上第一个电池上第一个电池 四、接触电势差四、接

13、触电势差 温差电动势温差电动势第三章 稳恒电流 外接触电势差外接触电势差来自来自两种金属的逸出功不同，引起两种金属的逸出功不同，引起电子从逸出功小的金属向逸出功大的金属迁移。是电子从逸出功小的金属向逸出功大的金属迁移。是非静电场作用的结果非静电场作用的结果 接触接触电势差电势差产生的原因产生的原因1 1）两种电子数密度相同的金属）两种电子数密度相同的金属外接触电势差外接触电势差 ABWAWBFAFB两块金属中电子气的势阱两块金属中电子气的势阱WAABWB - WAFAFBcd接触电势差的形成接触电势差的形成KE3-4 3-4 电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律第三章 稳恒电流2 2）

14、两种电子数密度不相同的金属两种电子数密度不相同的金属内接触电势差内接触电势差 内接触电势差内接触电势差来自电子从密度大的来自电子从密度大的金属向金属向密度小密度小的的金属扩散而造成电荷的迁移。这种金属扩散而造成电荷的迁移。这种接触电势差不接触电势差不仅与两种金属中自由电子密度有关还与接触处的温仅与两种金属中自由电子密度有关还与接触处的温度有关。度有关。也是非静电场作用的结果也是非静电场作用的结果3-4 3-4 电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律2 2、接触电势差、接触电势差 3 3、温差电动势、温差电动势 两种金属接成一个回路，若两个接头处的温度不两种金属接成一个回路，若两个接头处的

15、温度不同则回路中有不为零的电动势，称同则回路中有不为零的电动势，称温差电动势温差电动势四、接触电势差四、接触电势差 温差电动势温差电动势第三章 稳恒电流CuFeII热热接接头头冷冷接接头头 温差电动势与温度差的关系温差电动势与温度差的关系21212)(21)(TTbTTa3-4 3-4 电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律3 3、温差电动势、温差电动势 温差电动势产生的原因温差电动势产生的原因1 1）在同种金属中）在同种金属中 温差形成自由电子的热扩散温差形成自由电子的热扩散汤姆逊汤姆逊 W. .Thomson,18561856 效应效应四、接触电势差四、接触电势差 温差电动势温差电动

16、势第三章 稳恒电流 自由电子浓度不同，在自由电子浓度不同，在接头处产生与温度有关的接头处产生与温度有关的扩散扩散珀耳帖珀耳帖 J.C.A.Peltier,18341834 效应效应2 2）不同金属中）不同金属中3-4 3-4 电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律3 3、温差电动势、温差电动势4 4、温差电动势的应用温差电动势的应用 热电偶热电偶 由温差电动势与温由温差电动势与温度差的关系式度差的关系式21212)(21)(TTbTTa 上述两种电动势都很小上述两种电动势都很小四、接触电势差四、接触电势差 温差电动势温差电动势第三章 稳恒电流T2BCT1 待测待测已知已知恒温恒温（测测

17、）电势电势差计差计A3-4 3-4 电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律 当两种金属材料确定以后，常数当两种金属材料确定以后，常数a和和b便确定。便确定。如如果保持一个接触点于已知的固定温度，则通过测量果保持一个接触点于已知的固定温度，则通过测量回路中的电动势或开路两端的电势差，就可求得另回路中的电动势或开路两端的电势差，就可求得另一接触点的温度，从而成为一种温度计。称一接触点的温度，从而成为一种温度计。称温差电温差电偶温度计偶温度计或或热电偶热电偶 优点优点 测温范围大测温范围大 （-200-2000-200-2000）。如炼钢炉中高温，如炼钢炉中高温，液态空气低温液态空气低温 可逐

18、点测量，测可逐点测量，测小范围内温度变化小范围内温度变化第三章 稳恒电流3-4 3-4 电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律4 4、温差电动势的应用温差电动势的应用 优点优点 热容小，灵敏度高热容小，灵敏度高 便于自动控制便于自动控制温差电偶应用实验视频温差电偶应用实验视频 扫描热显微镜扫描热显微镜性能性能：热探针针尖：热探针针尖直径只有约直径只有约3030nm，可在数十纳米的尺可在数十纳米的尺度上，测出万分之度上，测出万分之一度的温度变化一度的温度变化四、接触电势差四、接触电势差 温差电动势温差电动势第三章 稳恒电流3-4 3-4 电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律 扫描热

19、显微镜扫描热显微镜工作原理工作原理：通电流使探：通电流使探针加热并接近试样表面针加热并接近试样表面针尖和被测表面距离针尖和被测表面距离 针尖散热针尖散热 温度温度 ；针尖和被测表面距离针尖和被测表面距离 针尖散热针尖散热 温度温度 由此可反映出探由此可反映出探针尖针尖与试样表面间隙的大小与试样表面间隙的大小 当探针在试样表面上扫描时，就能测出试样表面当探针在试样表面上扫描时，就能测出试样表面的起伏状况的起伏状况四、接触电势差四、接触电势差 温差电动势温差电动势第三章 稳恒电流 扫描热显微镜的应用扫描热显微镜的应用3-4 3-4 电动势和全电路欧姆定律电动势和全电路欧姆定律 扫描热显微镜扫描热显

20、微镜 检测电子芯片表面的质量检测电子芯片表面的质量 探测活细胞中温度的变化，从探测活细胞中温度的变化，从而给出新陈代谢方式的线索而给出新陈代谢方式的线索 通过探针尖端热量的散失情况，测定微细气流或通过探针尖端热量的散失情况，测定微细气流或液流的流量液流的流量 检测试样表面成分（光热吸收分光术）用激光照检测试样表面成分（光热吸收分光术）用激光照射试样，改变激光波长。同时测试样温度的变化，射试样，改变激光波长。同时测试样温度的变化，进而给出试样表面成分在极小尺度上的变化，实现进而给出试样表面成分在极小尺度上的变化，实现微观尺度上的光谱分析微观尺度上的光谱分析四、接触电势差四、接触电势差 温差电动势温差电动势第三章 稳恒电流求：接地电阻求：接地电阻 R解解：球对称jahrrIj42rrI