恒定电流 一、电流：电荷的定向移动行成电流。 1、产生电流的条件：（1）自由电荷；（2）电场； 2、电流是标量，但有方向：我们规定：正电荷定向移动的方向是电流的方向； 注：在电源外部，电流从电源的正极流向负极；在电源的内部，电流从负极流向正极；3、电流的大小：通过导体横截面的电荷量Q跟通过这些电量所用时间t的比值叫电流I表示；（1）数学表达式：I=Q/t；（2）电流的国际单位：安培A （3）常用单位：毫安mA、微安uA； 二、欧姆定律：导体中的电流跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比； 1、定义式：I=U/R; 2、推论：R=U/I； 3、电阻的国际单位时欧姆，用Ω表示； 三、闭合电路：由电源、导线、用电器、电键组成； 1、电动势：电源的电动势等于电源没接入电路时两极间的电压；用E表示； 2、外电路：电源外部的电路叫外电路；外电路的电阻叫外电阻；用R表示；其两端电压叫外电压； 3、内电路：电源内部的电路叫内电阻，内点路的电阻叫内电阻；用r表示；其两端电压叫内电压；如：发电机的线圈、干电池内的溶液是内电路，其电阻是内电阻； 4、电源的电动势等于内、外电压之和； E=U内+U外 U外=RI E=（R+r）I 四、闭合电路的欧姆定律： 闭合电路里的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比； 1、数学表达式：I=E/（R+r） 2、当外电路断开时，外电阻无穷大，电源电动势等于路端电压；就是电源电动势的定义； 3、当外电阻为零（短路）时，因内阻很小，电流很大，会烧坏电路； 五、半导体：导电能力在导体和绝缘体之间；半导体的电阻随温升越高而减小；导体的电阻随温度的升高而升高，当温度降低到某一值时电阻消失，成为超导； 补充： 1.电阻定律：导体两端电阻与导体长度、横截面积及材料性质有关。 R=pl/S（电阻的决定式）P只与导体材料性质有关。R与温度有关。 二极管：单向导电性；正极与电源正极相连。 2.串联特点：①总电压等于各部分电压之和。 ②电流处处相等 ③总电阻等于各部分电阻和 ④总功率等于各部分功率和
潍坊科技学院教案 课程名称：大学物理（一）授课人：郑海燕 19
电流电流密度 电流就是带电粒子（载流子）的定向运动。 正电荷的运动方向规定为电流的方向。电流还可以分为传导电流和运流电流两种类型。传导电流是指在导线中的电流，其载流子在导体上的每个局部区域都是正负抵消的，是电中性的；而运流电流是指裸露的电荷运动，由于电荷是裸露的，它周围有电场存在。 描述电流的物理量主要有两个：电流强度和电流密度。电流强度描述在一个截面上电流的强弱。电流强度定义为单位时间内通过导体中某一截面的电量。如果在dt时间内通过导体某一横截面S的电量 为dq，则通过该截面的电流强度为 国际单位制中，电流强度单位是安培(A)。1A=1C/s。电流强度是标量，电流强度没有严格方向含义。 电流密度矢量j 电流密度j的方向和大小定义如下：在导体中任意一点，j的方向为该点电流的流向，j的大小等于通过该点垂直于电流方向的单位面积的电流强度（即单位时间内通过单位垂面的电量）。 如下图(a)所示，设想在导体中某点垂直于电流方向取一面积元dS，其法向n取作该点电流的方向。 如果通过该面积元的电流为dI，按定义，该点处电流密度为 在导体中各点的j可以有不同的量值和方向，这就构成了一个矢量场，叫做电流场。象电场分布可以用电场线形象描绘一样，电流场也可用电流线形象描绘。所谓电流线是这样一些曲线，其上任意一点的切线方向就是该点j的方向，通过任一垂直截面的电流线的数目与该点j的大小成正比。 电流密度能精确描述电流场中每一点的电流的大小和方向，其描述能力优于电流强度。通常所说的电流分布实际上是指电流密度j的分布，而电流强弱和方向在严格意义上应指电流密度的大小和方向。 如下图所示(b)，一个面积元dS的法线方向与电流方向成角，由于通过dS的电流dI与通过面积 元的电流相等，所以应有 (a) (b) 电流密度的定义 若将面积元dS用矢量dS=dS?n表示，其方向取法线方向，则上式可写成
恒定电流的电场和磁场的应用 电气工程及其自动化112-博爱-2107171112022 摘要：恒定电场在电磁场课程中所占比例较小，但其应用却很广泛。直流电路的应用实质上就是恒定电流场的应用，只是把场限制在特定的线路中。现代大型铝电解槽，其工作电流达100kA。由于巨大电流所带来的电磁力作用于铝液问题，已成为国内外研究的重要课题。使电流场的应用理论又进一步丰富。实际电工设备如电缆头、高压套管、绝缘子、电机和变压器等的似稳电场与一些非电工程中的物理量的模拟都运用了恒定电场的理论。另外，跨步电压和接地电阻等等的计算都有用到恒定电场理论。 关键词：恒定；电场；磁场； Abstract: A small proportion of constant electric field in the electromagnetic field course,but its application is very extensive. Application of essence of DC circuit is a constant current field, the field is limited to a specific line. Modern large-scalealuminum reduction cell, the working current is up to 100kA. Because of the great current caused by the electromagnetic force acting on the liquid aluminum,has become an important topic of research at home and abroad. The application of the theory of current field and further enrich. Simulation of electric field actualelectrical equipment such as cable head, high voltagebushing, insulator, motorandtransformer and somenonelectrical engineering physi cal quantities are applied in a constant electric field theory. In addition, the calculation step voltage and grounding resistance and so on are useful to the constant field theory. Keywords: Constant magnetic field; electric field; 由于媒质具有导电性，在有电场存在的区域都有电流存在。电场恒定，则媒质中的电流也恒定。这种与恒定电场同时存在的恒定电流区域称为恒定电流场。恒定电场在电磁场课程中所占比例较小，但其应用却很广泛。直流电路的应 用实质上就是恒定电流场的应用，只是把场限制在特定的线路中。现代大型铝电解槽，其工作电流达100kA。由于巨大电流所带来的电磁力作用于铝液问题，已成为国内外研究的重要课题。使电流场的应用理论又进一步丰富。实际电工设备如电缆头、高压套管、绝缘子、电机和变压器等的似稳电场与一些非电工程中的物理量的模拟都运用了恒定电场的理论。另外，跨步电压和接地电阻等等的计算都有用到恒定电场理论。 在输油管、水管等其他金属管道的无损检测和在线监测上，应用恒定电场的 理论，开发了各种裂纹测探仪器。 在地质勘探、探矿采矿及油田的勘探等一系列重大问题上，恒定电场的理论 得到广泛的应用，形成了专门的学科——电法勘探。电法勘探的方法非常多，其应用范围也在不断扩大，例如，一种利用电阻率法注入恒定电流场，探测堤坝漏
2.1、导体中的电场和电流（1课时） 一、教学目标 （一）知识与技能 1．让学生明确电源在直流电路中的作用，理解导线中的恒定电场的建立 2．知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的物理量---电流 3．从微观意义上看电流的强弱与自由电子平均速率的关系。 （二）过程与方法 通过类比和分析使学生对电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等方面的理 解。 （三）情感态度与价值观 通过对电源、电流的学习培养学生将物理知识应用于生活的生产实践的意识，勇 于探究与日常生活有关的物理学问题。 三、重点与难点： 重点：理解电源的形成过程及电流的产生。 难点：电源作用的道理，区分电子定向移动的速率和在导线中建立电场的速率这两个不同的概念。 四、教学过程 （一）先对本章的知识体系及意图作简要的概述 （二）新课讲述----第一节、导体中的电场和电流 1．电源： 先分析课本图2。1-1 说明该装置只能产生瞬间电流（从电势差入手） 【问题】如何使电路中有持续电流？（让学生回答—电源） 类比：（把电源的作用与抽水机进行类比）如图2—1，水池A、B的 水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起来，则水在重力的作 用下定向运动，从水池A运动到水池B。A、B之间的高度差很快消失，在 这种情况下，水管中只可能有一个瞬时水流。 教师提问：怎拦才能使水管中有源源不断的电流呢? 让学生回答：可在A、B之间连接一台抽水机，将水池B 中的水抽到水池A中，这样可保持A、B之间的高度差，从而使水管中有源源不断的水流。归纳：电源就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置。（从能量的角度看，电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置） 2．导线中的电场： 结合课本图2。1-4分析导线中的电场的分布情况。 导线中的电场是两部分电荷分布共同作用产生的结果，其一是电源正、负极产生的电场，可将该电场分解为两个方向：沿导线方向的分量使自由电子沿导线作定向移动，形成电流；垂直于导线方向的分量使自由电子向导线某一侧聚集，从而使导线的两侧出现正、负净电荷分布。其二是这些电荷分布产生附加电场，该电场将削弱电源两极产生的垂直导线方向的电场，直到使导线中该方向合场强为零，而达到动态平衡状态。此时导线内的电场线保持与导线平行，自由电子只存在定向移动。因为电荷的分布是稳定的，故称恒定电场。 通过“思考与讨论”让学生区分静电平衡和动态平衡。 恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称恒定电场。 3．电流（标量）
第4章恒定电场和恒定磁场 4.1 / 4.1-1 已知直径2mm 的导线，每100m 长的电阻为2Ω,当导线上通过电流20A 时，求 导线中的电场强度及导线的电导率。[解] l IR El l d E 故 m V l IR E /4.0100220 S E a I E J 72 321059.14 .010 120 或 S R a l 72 321059.12 10 1100 4.2 / 4.1-2在二同心金属球面间加直流电压0U ，外球接地。二球面间媒质电导率为σ，远小 于金属球的电导率。求该媒质区域恒定电场的电流、电流密度、电场强度及电位。 [解] 此时有恒定电流由内球通过导电媒质流向外球，由于 金属球，该电流方向沿径 向（垂直于金属球），设其值为I ，则二球面间任意点电位密度为 2 4?J r I r 电场强度为 2 4 ?r I r J E 设外球半径b ，则二球面间任意点的电位是 b r r d E b r 11 41 4.3 / 4.1-3一半径a=0.5m 的铜球深埋在地下，作为电器地线的接地器，如题图4-1所示。大 地土壤的电导率为 m S 110，求铜球的接地电阻（漏电阻）R 。 [解1] 静电场中孤立球体的电容为 a C 4 由于铜球离地面较远，可忽略其影响，则利用静电比拟法式(4.1-14)，便求得铜球的接地电阻为 6 .1 5 .0104 141 11 a C G R [解2] 忽略地面影响，则电流线都垂直于铜球表面，所以大地中任一点的电流密度 2 4?r I r J 电场强度为
2 4 ?r I r J E 铜球至无穷远处电压是 a I r dr I r d E U a a 4 4 2 从而得接地电阻为 6 .15 .0104 1 41 1a C I U R 4.4 / 4.1-4一扇形电阻片如题图4-2所示，其电导率为σ，请计算A 、B 面之间的电阻。[解1] 由式(2.1-21)知导线电阻值为 0 A l R 则图中所示的电阻元是 hd dR 即电导元是 d h dR dG 1故A 、B 面间电导为 a b h d h G b a ln 即A 、B 面间电阻为 a b h G R ln 1[解2] 设A 板电位为U ，B 板电位为零。A 、B 板间电位满足拉氏方程： 01 2 22 2 其通解为 B A 应用边界条件： 0B ,0, 得 U A , , 得 U 题图4-2扇形电阻片
恒定电流第一节 Corporation standardization office #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8
第一节、导体中的电场和电流（1课时） 一、教学目标 （一）知识与技能 1．让学生明确电源在直流电路中的作用，理解导线中的恒定电场的建立 2．知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的物理量---电流 3．从微观意义上看电流的强弱与自由电子平均速率的关系。 （二）过程与方法 通过类比和分析使学生对电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等 方面的理解。 （三）情感态度与价值观 通过对电源、电流的学习培养学生将物理知识应用于生活的生产实践的意识， 勇于探究与日常生活有关的物理学问题。 三、重点与难点： 重点：理解电源的形成过程及电流的产生。 难点：电源作用的道理，区分电子定向移动的速率和在导线中建立电场的速率这两个不同的概念。 四、教学过程 1．电源： 先分析课本图2。1-1 说明该装置只能产生瞬间电流（从电势差入手）【问题】如何使电路中有持续电流（让学生回答—电源） 类比：（把电源的作用与抽水机进行类比）如图 2—1，水池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B 之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向运 动，从水池A运动到水池B。A、B之间的高度差很快 消失，在这种情况下，水管中只可能有一个瞬时水 流。 教师提问：怎拦才能使水管中有源源不断的电流呢 让学生回答：可在A、B之间连接一台抽水机，将水池B 中的水抽到水池A中，这样可保持A、B之间的高度差，从而使水管中有源源不断的水流。 归纳：电源就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置。（从能量的角度看，电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置） 2．导线中的电场： 结合课本图2。1-4分析导线中的电场的分布情况。 导线中的电场是两部分电荷分布共同作用产生的结果，其一是电源正、负极产生的电场，可将该电场分解为两个方向：沿导线方向的分量使自由电子沿导线作定向移动，形成电流；垂直于导线方向的分量使自由电子向导线某一侧聚集，从而使导线的两侧出现正、负净电荷分布。其二是这些电荷分布产生附加电场，该电场将削弱电源两极产生的垂直导线方向的电场，直到使导线中该方向合场强为零，而达到动态平衡状态。此时导线内的电场线保持与导线平行，自由电子只存在定向移动。因为电荷的分布是稳定的，故称恒定电场。