高二物理竞赛电流电流密度 课件

1第三章稳恒电流1、电流电流密度2、电源电动势3、复杂电路与基尔霍夫定律1．电流和电流密度2．电流的连续性方程3．欧姆定律，焦耳定律4．电源和电动势5．含源电路的欧姆定律6．基尔霍夫定律2㈠电流电流密度

一、电流电荷的定向运动形成电流。电流分为传导电流和运流电流。

电流的微观机制：导体内自由电子在电场力作用下在原来不规则的热运动上附加了定向漂移运动.电流方向：正电荷的定向运动方向，即沿电场方向，从高电势流向低电势。

1800年春，意大利人伏打制成了伏打电池，从而获得持续的电流。有了稳定的电源，就为人类从研究静电现象过渡到研究动电现象提供了坚实的技术基础。3静电场中的导体处于静电平衡时，其内部的场强为零，内部没有电荷作定向的宏观运动。如果把导体接在电源的两极上，则导体内任意两点之间将维持恒定的电势差，在导体内维持一个电场，导体内的电荷在电场力的作用下作宏观的定向运动，形成电流。Uv4

1.电流强度：单位时间内通过导体任一横截面的电量。取，则得单位：5电流密度与电荷运动速度的关系n——导体中自由电子的数密度e——电子的电量vd——假定每个电子的漂移速度在时间间隔dt内，长为dl=vddt、横截面积为S的圆柱体内的自由电子都要通过横截面积S，所以此圆柱体内的自由电子数为nSvddt，电量为dq=neSvddt通过此导体的电流强度为电流强度与电子漂移速度的关系6

电流密度是一个矢量，其方向和该点正电荷运动的方向一致，数值上等于通过该点单位垂直截面的电流强度。电流密度矢量构成的矢量场称之为电流场。3.电流线：用电流线描述电流场曲线方向：该点电流密度方向；曲线密度：与该点电流密度的大小成正比。4.电流强度和电流密度矢量关系说明：电流强度是通过某面积的电流密度的通量。

2.电流密度矢量定义

电流强度是标量,它只能描述导体中通过某一截面的整体特征.为反映导体中各处电荷定向运动的情况，需引入电流密度概念.与电荷运动速度的关系7左侧：单位时间内由S面流出的电量；右侧：单位时间内S面的电量减少量。1.电流的连续性方程连续性方程积分形式在导体内任一闭合曲面内，根据电荷守恒定律，满足，则流入S面内电荷量多于流出量。，则流出S面内电荷量多于流入量。8恒定电流的电流线不可能在任何地方中断，它们永远是闭合曲线。2.电流的恒定条件利用数学上的高斯定理电流连续方程微分形式得9欧姆定律对金属或电解液成立。对于半导体、气体等不成立，对于一段含源的电路也不成立。G——电导（S西门子）R=1/G——电阻（Ω欧姆）1、电阻率，欧姆定律URI+_欧姆（GeorgSimomOhm，1787-1854）德国物理学家，在1827年发现了以他名字命名的欧姆定律。电流和电阻这两个术语也是由欧姆提出的。102、电阻定律对于粗细均匀的导体，当导体的材料与温度一定时，导体的电阻与它的长度l成正比，与它的横截面积S成反比r

：电阻率σ=1/r：电导率3、电阻与温度的关系a叫作电阻的温度系数，单位为K-1，与导体的材料有关。电阻率的数量级：纯金属：10-8W.m合金：10-6W.m半导体：10-5~10-6W.m绝缘体：108~1017W.m

r小——用来作导线r大——用来作电阻丝a小——制造电工仪表和标准电阻a大——金属电阻温度计11超导现象的几个概念：有些金属在某些温度下，其电阻会突变为零。这个温度称为超导的转变温度，上述现象称为超导现象。在一定温度下能产生零电阻现象的物质称为超导体。4、超导现象

超导体最早是由荷兰物理学家昂尼斯于1911年发现的。他利用液态氦的低温条件，测定在低温下电阻随温度的变化关系，观察到汞在4.2K附近时，电阻突然减少到零，变成了超导体。在低温物理作出的杰出贡献，获得1913年诺贝尔物理学奖。迄今为止，已发现28种金属元素（地球的常态下）以及合金和化合物具有超导电性。还有一些元素只高压下具有超导电性。提高超导临界温度是推广应用的重要关键之一。超导的特性及应用有着广阔的前景。12在导体中取一长为dl、横截面积为dS的小圆柱体，圆柱体的轴线与电流流向平行。设小圆柱体两端面上的电势为V和V+dV。根据欧姆定律，通过截面dS的电流为：dSVV+dVdl欧姆定律的微分形式：通过导体中任一点的电流密度，等于该点的场强与导体的电导率之积

说明:

欧姆定律的微分形式对非稳恒电流也成立.5、欧姆定律的微分形式13例1、一块扇形碳制电极厚为

t，电流从半径为

r1的端面S1流向半径为r2的端面S2，扇形张角为，求：S1和S2面之间的电阻。解：dr

平行于电流方向，dS垂直于电流方向。r1r2tS1S2141、J法向分量的