电磁学课件第四章

金属导体传导电流电路理论电场理论路认识角度13导学第四章恒定电流和电路定(暂)态电路直交元件和直交电源构成由研究规律迁移传导电荷场暂交直直流电路复杂混联简单串并联结方式理论依据定律金属导体传导电流电路理论电场理1本章作业思考本章作业思考2一、电流1、电流产生的条件第一节恒定电流2、电流的方向依电荷守恒定律普遍关系电流电荷给出描述物理电流条件和

导体载流导体定向传导电流高低金属电势规定方向正电荷运动方向逆运动宏观定向等效正负电荷电流一、电流1、电流产生的条件第一节恒定电流2、电流的3二电流强度和电流密度瞬时变化例

载1安培直流的导线,1秒内有多少电子流过该导线的截面？解知宏观电流大量电子定向运动粗糙描述电流分布信息难获载流面诸点强弱方向电流密度该点电流方向方向正荷运动电流场电流线面和点通量曲面量关系面元二电流强度和电流密度瞬时变化例载1安培直流的导线4三、电流的连续性方程电荷守恒定律电荷电流反映分布关系间取流出电量单位时间电量减少率相等四、恒定条件（恒定电流连续性方程）单位时间流进流出电量电流变否则电场变与恒定电流荷布不变无关恒定电场和静电场有相同性质荷布不变并非荷无定向运动动态平衡三、电流的连续性方程电荷守恒定律电荷电流反映分关系间取流5第二节

直流电路相关积分（电路）量直流电路电源和电阻电流通路电路关注能量输送相对电场线闭合线电路闭合推论直流支路电流相等节点第二节直流电路相关积分（电路）量直流电路电源和电阻电流6第3节欧姆定律焦耳定律一、欧姆定律及其微分形式电导率恒温不匀电导电阻导体整体导电规律积分式密切相关载流导体实验电流分布电场(电压)分布电阻流纵向匀体电阻率点欧律微分式小柱体顺流取恒说明微观机制金属导电便于用场观点阐述大块导体中电流分布规律第3节欧姆定律焦耳定律一、欧姆定律及其微7.求跨步电压.例2电流的高压线接地,知地球的电导率为与方向有关例1

半径为的球形电极,半个球埋在地下.大地视为均匀导体,其电阻率为.略电极本身的电阻.求此电极的接地电阻.解电流沿径向导电截面为半球面地的解电流径向流动在地中沿半球体危险安全.求跨步电压.例2电流的高814二焦耳定律及其微分形式一段导体电势高进低出场功功率热功率密度微分式小柱体纯阻焦耳热化学能（充电）转电势能机械能（电机）总热例电阻的直流电机,电压,电流.求消耗的电功率.解14二焦耳定律及其微分形式一段电势高进低出场功热功率9三电子论观点对欧姆定律和焦耳定律经典的微观解释金属原子晶格负电价电子序排无规热气正电原子实经典图像导体碰撞动能晶格焦热因导体电阻碰撞振动电场力作用碰撞力漂移运动纸近似定量讨论碰再定向加速电子漂移速度定向运动平均速度初未碰前获三电子论观点对欧姆定律和焦耳定律经典的微观解释金属晶10

过分析关系漂柱体任取体内知无关符欧自由程内获焦耳定律碰后动能晶格振动加剧导体宏观观点推出设每次碰递晶格秒碰次数单位体积热量定性符合实验结果过分关漂柱任取体知无符欧自由程内获焦耳碰后动能晶振动加11第四节电源和电动势一、电源及其电动势类比小孩溜滑梯恒定电流电路闭合电荷定向运动沿势降落只有无法返回不能闭合须存在非静电(电源)起源的力接通外电路两极荷动态稳定分布源内外荷定向运动起因不同闭合共同作用仿外电路含源电路欧微式电源内仿定性介绍两力平衡独立（内）实用正方向方便第四节电源和电动势一、电源及其电动势类比12二、常见的几种电源简介释放化学能电能提供非静电力分离化学电池(干.蓄)化学反应光电池(阳)光能电能照射敏感正金属发射电子收集邻金负分离回路结点温差温差电池温差电效应热能电能负铅盒(源)放氦核粒子正收集板核能电池核能电能直流发电机电能机械能电磁感应放射源二、常见的几种电源简介释放化学能电能提供非静13三、路端电压与电动势全电路欧姆定律图电源内反向内外另讨论而变随方向不同源放电源内负极正极源充电源内正极负极源开路源短路烧全欧三、路端电压与电动势全电路欧姆定律图电源1415四、（广泛意义上）一段含源电路的欧姆定律（实用）电路复杂一段绕行方向端电压同向取正、反之取负同向压降为正、反之为负相对绕行方向正负规约15四、（广泛意义上）一段含源电路的欧姆定律（实用）电路15解逆全例如图三个相同的源和阻串.无源路同高低势向无源路无低高势向有如无源路无有如电势差计电路(自阅)结论：对于一段含源电路没有对应联系方向高低一段含源电路方向与高低有无对应联系？问：解逆全例如图三个相同的源和阻16五、恒定电场主要由电路上分布的电荷决定恒场的匀电路路表面布荷保证路内方向沿线路两界面有分布连接匀路面电荷变证扁柱界左导体路外绝层保电流沿电路流动路弯曲场方向总与界右绝缘另如导线表面平行五、恒定电场主要由电路上分布的电荷决定恒场的路表面布荷保证路17六．闭合电路的能量转化全单位时间源功(能)内外路焦耳热场功零场能不变能转桥场能参与源内克服作功动电阻非静电能电能和焦转外路场正功电能焦源输出功率极大条件匹配六．闭合电路的能量转化全单位时间源功(能)内外路焦耳热场功18等效——简单电路平衡(非复)电桥等效——简单电路平衡(非复)电桥19第五节基尔霍夫方程组（定律)复杂电路求解基氏定律一、基氏第一方程组(节点定律)概念节点回路支路电流未知量大小方向依据进出假设正方向反实假含义同向

解判断实际方向荷不累“正方向”代数量示电流数值示大小正负映实向双重正负正负正负组列节点数第五节基尔霍夫方程组（定律)复杂电路求解基氏定律一、20某回路支路数二、基氏第二方程组（回路电压定律）回路理据例相对绕向同向正反向负双重网孔方程都独立(简图)独立回路？新回路支路(非必)至少含一条新例组复杂电路总支路数某回路二、基氏第二方程组（回路电压定律）回理据例相对绕向同向21、、三、应用举例知求各支路电流及端压.例1

解设电流正方向如图两源均供电态讨论仅变重解启示:用同源并接供电充电负载、、三、应用举例知求各支路电流例1解设电流正方向如图22例2、求惠斯登电桥的平衡条件。解非平衡复杂电路节点回路解算平衡例2、求惠斯登电桥的平衡条件。解非平衡23、、16例

3知求解

通过解复杂电路求之设间输出电源列三个回路方程

、、16例3知求解通过解复杂电路求之设24

解（1）等势缩点法电阻两端相等者为并联对应电势例4电阻均12根导线立方体框求设入出对称三A和B各为不同等势点上图（2）欧姆定律法解（1）等势缩点法电阻两端相等者25等效

解左端去掉一个组合，仍为无限网络其两端电阻仍为.故例

5求无限网络（电阻同为）两端的电阻等解左端去掉一个组合，仍为无限网络其两端电阻仍为26

:

.电流永动机拜拜第七节接触电势差温差电现象一、脱出功与热电子发射宏观组成部分中性表面外界(加热)能量脱出热电子发射电子流电子射性管二、接触电势差脱出阻碍内外扩散力差非静电力实验同脱出电势之差两金属接触电势差实验同常温金属多内热少大外偶电层金属脱出脱出功自由空间电势:.电27三、温差电现象1帕尔贴效应帕热1充电升温内能增放实验铜和铁回路两触点有温差吸放热帕放电2耗内能降温吸图2汤姆孙效应(电动势）非静电力热扩散稳温度梯度金属吸放汤姆孙热与方向有关方向转换电能吸热放汤热量同反放热能电能充三、温差电现象1帕尔贴效应帕1充电升温内能增放实铜和铁283塞贝克效应实验两金属回路两触点恒流设顺接头帕设总表明须同时梯度回路热量能量观点能量来源维持回路热之差吸放4温差电效应的应用温差电偶温度温差电堆电源3塞贝克效应实验两回路两触点恒流设顺接头帕设总表明须同29电磁学课件第四章3017①②球面？17①②球面？31金属导体传导电流电路理论电场理论路认识角度13导学第四章恒定电流和电路定(暂)态电路直交元件和直交电源构成由研究规律迁移传导电荷场暂交直直流电路复杂混联简单串并联结方式理论依据定律金属导体传导电流电路理论电场理32本章作业思考本章作业思考33一、电流1、电流产生的条件第一节恒定电流2、电流的方向依电荷守恒定律普遍关系电流电荷给出描述物理电流条件和

导体载流导体定向传导电流高低金属电势规定方向正电荷运动方向逆运动宏观定向等效正负电荷电流一、电流1、电流产生的条件第一节恒定电流2、电流的34二电流强度和电流密度瞬时变化例

载1安培直流的导线,1秒内有多少电子流过该导线的截面？解知宏观电流大量电子定向运动粗糙描述电流分布信息难获载流面诸点强弱方向电流密度该点电流方向方向正荷运动电流场电流线面和点通量曲面量关系面元二电流强度和电流密度瞬时变化例载1安培直流的导线35三、电流的连续性方程电荷守恒定律电荷电流反映分布关系间取流出电量单位时间电量减少率相等四、恒定条件（恒定电流连续性方程）单位时间流进流出电量电流变否则电场变与恒定电流荷布不变无关恒定电场和静电场有相同性质荷布不变并非荷无定向运动动态平衡三、电流的连续性方程电荷守恒定律电荷电流反映分关系间取流36第二节

直流电路相关积分（电路）量直流电路电源和电阻电流通路电路关注能量输送相对电场线闭合线电路闭合推论直流支路电流相等节点第二节直流电路相关积分（电路）量直流电路电源和电阻电流37第3节欧姆定律焦耳定律一、欧姆定律及其微分形式电导率恒温不匀电导电阻导体整体导电规律积分式密切相关载流导体实验电流分布电场(电压)分布电阻流纵向匀体电阻率点欧律微分式小柱体顺流取恒说明微观机制金属导电便于用场观点阐述大块导体中电流分布规律第3节欧姆定律焦耳定律一、欧姆定律及其微38.求跨步电压.例2电流的高压线接地,知地球的电导率为与方向有关例1

半径为的球形电极,半个球埋在地下.大地视为均匀导体,其电阻率为.略电极本身的电阻.求此电极的接地电阻.解电流沿径向导电截面为半球面地的解电流径向流动在地中沿半球体危险安全.求跨步电压.例2电流的高3914二焦耳定律及其微分形式一段导体电势高进低出场功功率热功率密度微分式小柱体纯阻焦耳热化学能（充电）转电势能机械能（电机）总热例电阻的直流电机,电压,电流.求消耗的电功率.解14二焦耳定律及其微分形式一段电势高进低出场功热功率40三电子论观点对欧姆定律和焦耳定律经典的微观解释金属原子晶格负电价电子序排无规热气正电原子实经典图像导体碰撞动能晶格焦热因导体电阻碰撞振动电场力作用碰撞力漂移运动纸近似定量讨论碰再定向加速电子漂移速度定向运动平均速度初未碰前获三电子论观点对欧姆定律和焦耳定律经典的微观解释金属晶41

过分析关系漂柱体任取体内知无关符欧自由程内获焦耳定律碰后动能晶格振动加剧导体宏观观点推出设每次碰递晶格秒碰次数单位体积热量定性符合实验结果过分关漂柱任取体知无符欧自由程内获焦耳碰后动能晶振动加42第四节电源和电动势一、电源及其电动势类比小孩溜滑梯恒定电流电路闭合电荷定向运动沿势降落只有无法返回不能闭合须存在非静电(电源)起源的力接通外电路两极荷动态稳定分布源内外荷定向运动起因不同闭合共同作用仿外电路含源电路欧微式电源内仿定性介绍两力平衡独立（内）实用正方向方便第四节电源和电动势一、电源及其电动势类比43二、常见的几种电源简介释放化学能电能提供非静电力分离化学电池(干.蓄)化学反应光电池(阳)光能电能照射敏感正金属发射电子收集邻金负分离回路结点温差温差电池温差电效应热能电能负铅盒(源)放氦核粒子正收集板核能电池核能电能直流发电机电能机械能电磁感应放射源二、常见的几种电源简介释放化学能电能提供非静44三、路端电压与电动势全电路欧姆定律图电源内反向内外另讨论而变随方向不同源放电源内负极正极源充电源内正极负极源开路源短路烧全欧三、路端电压与电动势全电路欧姆定律图电源4515四、（广泛意义上）一段含源电路的欧姆定律（实用）电路复杂一段绕行方向端电压同向取正、反之取负同向压降为正、反之为负相对绕行方向正负规约15四、（广泛意义上）一段含源电路的欧姆定律（实用）电路46解逆全例如图三个相同的源和阻串.无源路同高低势向无源路无低高势向有如无源路无有如电势差计电路(自阅)结论：对于一段含源电路没有对应联系方向高低一段含源电路方向与高低有无对应联系？问：解逆全例如图三个相同的源和阻47五、恒定电场主要由电路上分布的电荷决定恒场的匀电路路表面布荷保证路内方向沿线路两界面有分布连接匀路面电荷变证扁柱界左导体路外绝层保电流沿电路流动路弯曲场方向总与界右绝缘另如导线表面平行五、恒定电场主要由电路上分布的电荷决定恒场的路表面布荷保证路48六．闭合电路的能量转化全单位时间源功(能)内外路焦耳热场功零场能不变能转桥场能参与源内克服作功动电阻非静电能电能和焦转外路场正功电能焦源输出功率极大条件匹配六．闭合电路的能量转化全单位时间源功(能)内外路焦耳热场功49等效——简单电路平衡(非复)电桥等效——简单电路平衡(非复)电桥50第五节基尔霍夫方程组（定律)复杂电路求解基氏定律一、基氏第一方程组(节点定律)概念节点回路支路电流未知量大小方向依据进出假设正方向反实假含义同向

解判断实际方向荷不累“正方向”代数量示电流数值示大小正负映实向双重正负正负正负组列节点数第五节基尔霍夫方程组（定律)复杂电路求解基氏定律一、51某回路支路数二、基氏第二方程组（回路电压定律）回路理据例相对绕向同向正反向负双重网孔方程都独立(简图)独立回路？新回路支路(非必)至少含一条新例组复杂电路总支路数某回路二、基氏第二方程组（回路电压定律）回理据例相对绕向同向52、、三、应用举例知求各支路电流及端压.例1

解设电流正方向如图两源均供电态讨论仅变重解启示:用同源并接供电充电负载、、三、应用举例知求各支路电流例1解设电流正方向如图53例2、求惠斯登电桥的平衡条件。解非平衡复杂电路节点回路解算平衡例2、求惠斯登电桥的平衡条件。解非平衡54、、16例

3知求解

通过解复杂电路求之设间输出