电磁学电子教案

电源及电动势§2-2电动势及基尔霍夫定律简单电路基尔霍夫定律基尔霍夫方程应用举例

RC回路电源稳恒电路中，必须有一种非静电力作用于电荷，来维持稳恒电流。电源：提供非静电力的装置。通常有正负两极。电源的作用：在外电路中产生静电场使电流经外电路由正极流向负极；在电源内部存在静电力和非静电力，二者联合作用，共同形成了闭合的稳恒电流。几种常见的稳恒电源：化学电源：干电池、蓄电池。温差电源：热电偶光电源、核能电源。化学电池的分类温差电源利用温差电效应把热能转化成电能的装置。塞贝克效应（接触电现象）：实验发现两种不同种类的金属紧密接触时会出现电势差。温差不大时，电动势在数值上与两接点处的温度差有关：其中a，b由材料性质决定多个温差电池串联组成温差电堆，可获得实用的电动势。光电源&核能电源太阳能电池（常用于人造卫星、宇宙飞船、空间站）材料：硅、硫化镉、锑化镉、砷化镓等原理：光电效应核能电池特点：电路中的电流与外电路的电阻无关。放射源发射粒子，收集板B带正电，铅盒A带负电，形成电势差。存在核力与静电力的平衡点：电动势电源内部单位正电荷受到的非静电力为电源内部电荷q受力：非静电力存在时的欧姆定律：定义：将单位正电荷从负极经电源内部移动到正极时，非静电力所做的功：单位（SI）：伏特（V）（方向与相反）电源电动势反映电源中非静电力做功的本领，是电源的特征量。电源电动势与外电路的性质及是否接通都没有关系。非静电力作用于整个回路时：全电路的欧姆定律沿外电路和电源组成的闭合路径，静电力和非静电力对单位正电荷做功：由稳恒电场的保守性，有外电路中又由设电源内电阻为（全电路欧姆定律）电路电路：通过导线（引线）连接电源和负载。电路的不同部分称为电路元件。元件的连接方式有串联和并联。一般地，负载大多与电源并联，而开关经常是串联使用。简单电路考虑一个由电池和一个电阻组成的简单电路，求回路中的电流强度：令a点为起点，沿闭合电路移动电荷一周，电势差的净变化量为零，即绕回路一周若电源内阻为则电源两端的电压（路端电压）电源的输出功率定义：单位时间内电源能提供的能量，即电源的输出功率由能量守恒定律，电源的功率应等于电源内电阻和外电阻（负载电阻）上耗散的功率之和。串联电阻：电路中功率的分配与电阻成正比。并联电阻：电路中功率的分配与电阻成反比。复杂电路复杂电路的特点：有三条或三条以上导线交汇于一点；两相邻节点间有电源盒电阻串联而成的不含其它节点的通路；整个电路由若干个闭合回路组成，同一回路各段中的电流不等；多节点、多回路的复杂电路无法直接用欧姆定律。基尔霍夫定律

节点电流方程：在电路的任意一个有多个电流分支的节点上，由电荷守恒和定律和稳恒电流条件可知，流入节点的电流总和应等于从该节点流出的电流总和。

回路电压方程：沿电路中任一闭合回路绕行一周，回路中各电阻上电势降落的代数和等于各电源电动势产生的电势升高的代数和。回路方程中正负号的取法求流过各电阻的电流。例1.如图多回路电路，已知电动势、；电阻、、。求通过电流计的电流与四臂电阻的关系。例2.如图电桥电路，、、、是四臂的电阻，是内阻为的电流计，电源的电动势为，内阻忽略不计。习题：参考书P306页第4题，第6题。稳恒电路的特点稳恒电流的条件：欧姆定律：在稳恒电流条件下，均匀导体内部宏观电荷密度为零，净电荷只分布在导体表面和导体内部不均匀的地方。稳恒电路的特点：在外电路中电流线和电路线方向一致，且平行于导体表面。在电源内部，电流线的方向由E和K共同决定。稳恒电路中静电场的作用：调节电荷分布：能量中转作用：将电源内部的非静电能转移到外电路中。调节电电场分布以维持电流稳恒。电容器的充电过程t<0时的RC回路t>0时的RC回路电容器最初未充电，t=0时，开关闭合，取顺时针回路方向，有充电电容器上的电荷变化满足一阶微分方程：充电时电容器两极板间的电压（瞬时电流）其中用分离变量法求解：方程两边积分：上式指数化为：称为时间常数令电容器的放电过程t<0时的RC回路t>0时的RC回路电容器最初带电Q，t=0时刻，开关闭合，放电时电容器作为电压源，驱动电流（电子流从负极流向正极）。取逆时针回路方向，有放电电容器上的电荷变化满足一阶微分方程：流过电阻的电流等于极板上的电荷的时间变化率（电荷随时间减少）用分离变量