谈稳恒电流条件下导线上的电场与电荷分布

电场的分布规律在物理学中，电场是一个十分重要的概念。

它描述了电荷之间相互作用的力场，同时也对电荷的运动和电磁现象产生影响。

电场的分布规律是研究电荷分布情况及其相应电场分布的规律性规定。

本文将从不同电荷分布情况出发，探讨电场的分布规律。

一、点电荷的电场分布规律首先，让我们考虑最简单的情况，即一个点电荷的电场分布。

对于一个单个的正电荷，其电场按照与该点电荷距离的平方成反比的规律分布。

根据库仑定律，点电荷产生的电场强度E与距离r的关系可由以下公式表示：E = k * (Q / r^2)其中，E为电场强度，Q为电荷大小，r为距离，k为库仑常数。

从上述公式可以看出，点电荷的电场强度随距离的增加而减小，呈现出与距离r的平方成反比的关系。

二、均匀带电直线的电场分布规律接下来，我们考虑均匀带电直线的电场分布。

对于沿一条直线均匀分布的电荷，其电场分布具有轴对称性。

通过计算可以得出，均匀带电直线的电场强度E与距离r之间的关系为：E = (k * λ) / r其中，E为电场强度，λ为单位长度上的电荷密度，r为距离，k为库仑常数。

需要注意的是，在这种情况下，电场强度E与距离r呈反比的关系，但是与距离的平方没有直接关系。

三、均匀带电平面的电场分布规律除了直线分布的电荷，我们还可以考虑平面分布的电荷情况。

在均匀带电平面的情况下，平面上各点的电场方向相同且大小相等，其大小只与平面上的位置有关。

根据计算可以得到，均匀带电平面的电场强度E与距离关系没有直接的简单公式表示。

但是，我们可以得出以下结论：1. 与平面垂直方向的电场强度是均匀分布的，与距离无关。

2. 与平面平行方向的电场强度与距离成反比，但与距离的平方无直接关系。

四、其他电荷分布情况下的电场分布规律在实际情况中，我们会遇到各种复杂的电荷分布情况。

对于这些情况，我们可以通过应用高斯定律和数值计算等方法来得到电场分布的规律。

高斯定律是研究电场分布的重要方法之一，它表明电场通量与所选闭合曲面内电荷的总量成正比，与所选闭合曲面的形状无关。

作者： 杨习志;孙彪
作者机构： 昆明市第一中学,云南昆明650031
出版物刊名： 物理教师
页码： 64-66页
年卷期： 2016年 第9期
主题词： 稳恒电流 稳恒电场 电荷分布 导线
摘要：本文针对中学物理教学中关于恒定电流与电场建立过程中的问题,深入探讨了稳恒电流下导线上的电荷与电场分布.经研究得知当电路稳定后与电源正极相连部分导线将积累正电荷,负极相连部分导线将积累负电荷,且越靠近电极部分积累的电荷越多,导线内部的电场沿导线方向且处处相等,外部电场由电荷分布特点决定.其次,净电荷只能分布于导体表面,导体内部有电子定向移动,但净电荷处处为零,最后还指出,导线在连接处的电荷积累情况与连接元件的电导率大小有关.。

第12章稳恒电流与稳恒电场本章学时：2学时课程名称：大学物理（上册）主讲教师：谭毅电流密度电流的连续性方程电阻欧姆定律电动势1. 电流：大量电荷的定向运动。

电荷的携带者：自由电子、质子、正负离子——载流子。

电流的方向：正电荷从高电势向低电势移动的方向规定为电流的方向。

注意：导体中自由电子由低电势向高电势方向运动，即与电流方向相反。

电流I ：通过截面S 的电荷随时间的变化率，d d q I t=单位：安（培）A111−⋅=s C A 常用辅助单位有mA 和μA361μA 10mA 10A−−==当导体中电流不随时间变化时，这种电流叫恒定电流。

12.1 电流密度电流的连续性方程一、电流电流密度2. 电流密度（1）电流线：在大块的导体中，电流一般不均匀，可用电流线来描述各处电流的方向和大小。

（2）电流密度：导体中任意点的电流密度的方向为该点正电荷的运动方向，的大小等于单位时间内，通过该点附近且垂直于正电荷运动方向的单位面积内的电荷。

j KjK QΔ+PαsK Δn e K jK 在P 点选面元其法线为s KΔne K （即电流密度的方向）夹角αj K△t 时间内通过的电荷为+△Q ，则s KΔααcos cos ⋅ΔΔ=⋅Δ⋅ΔΔ=S I S t Qjαcos ⋅ΔS 为面元在垂直于的方向上的投影，可得s KΔj K 通过截面S 的总电流：sj S j I KK Δ⋅=⋅Δ⋅=Δαcos ∫⋅=Ssd j IK K 3．电流密度、自由电子数密度及电子漂移速度之间的关系漂移速度：自由电子在电场力作用下产生定向移动的平均速度，dv K漂移速率：漂移速度的大小。

dv K设导体中自由电子数密度（单位体积内的电子数）为n ，电子的漂移速度为在导体中取面元△S ，与垂直在△t 时间内，长为截面积为△S 的d v Kt v d ΔK 柱面内电子全部通过△S, 电子数为，每个电子电量为e ，则：S t v n d ΔΔKSΔtv l Δ⋅=K KSe nv tq I d Δ=ΔΔ=Δdnev SI j =ΔΔ=金属导体中的电流和电流密度均与自由电子数密度、电子的漂移速率成正比。

游海女：邮箱*********************** 地址：浙江省临海市学浦路1号105信箱 电话：137****5080稳恒电流条件下，探讨导线中的电场及电荷分布游海女 浙江省临海回浦中学 317000摘要：在稳恒电流条件下，导线中的电场不是由电流产生的，而是由电源和导体表面积累的感应电荷共同激发的电场叠加而成的。

所形成的是与导线平行的稳恒电场，其大小不变，能使导线中的电子定向移动产生电流。

但是在对导线不同位置的电场分析发现，不仅导线表面积累的感应电荷数量不同，而且电场在导线轴线方向上的电场分量也是不同的。

本文就稳恒电流条件下导线中电场的形成及电荷分布作一些探讨。

关键词：稳恒电流 导线 电场 感应电荷一、通电导线中电场的形成和电荷分布如图1所示，电源产生的电场可以看成是正负电荷A 、B 在空间产生的电场，其电场线用带箭头的曲线表示。

在电源的正负极连接一条粗细均匀的导线R ，把虚线方框中的导线放大，如图2中F 表示电源正负极产生的电场对导线内某自由电子的作用力。

把F 分解成垂直导线的分力F n 和平行于导线的分力F t 。

其中F n 使自由电子向图中导线M 侧聚集，使导线的M 侧堆积负电荷，N 侧失去部分电子而堆积正电荷。

如图3所示，这些堆积的感应电荷产生了从N 指向M 的电场即感应电场E ’，当E ’与电源两极产生的电场的法向电场E n 相等时，即达到静电平衡。

如图4所示，电源的电场E 0与感应电荷的电场E ’叠加产生了与导线平行的电场，同时在导线的两侧分别也积累了正、负电荷。

正是这个平行导线的电场使导线中的自由电子沿电场方向定向移动，产生了电流。

因此，对于导线中的电场可以认为是由电源的的正负极以及导线中所积累的感应电荷共同激发产生的。

在稳恒电流条件下，导线中的电场性质是怎样的呢？[1]对于恒定电流，导线中各点的电流密度j 都不随时间变化。

根据公式E j σ=（其中σ表示导体的电导率），则在同一导线中，电场E也不随时间变化，即导线中的电场大小处处相等，其方向沿导线的轴向方向，并且是变化的。

电流与电荷在导体中的分布在日常生活中我们经常听到电流和电荷这两个词，它们与电子和电路有关。

但是，你有没有想过电流和电荷是如何在导体中分布的呢？通过本文，我们将探讨电流和电荷在导体中的分布原理。

首先，让我们先了解电流和电荷的概念。

简单来说，电流是电荷的流动，即单位时间内通过某一点的电荷量。

而电荷则是物质带有的电性属性，分为正电荷和负电荷。

正电荷指的是带有过量正电子的物质，而负电荷指的是带有过量负电子的物质。

导体是电流的良好传导介质，通常是由金属构成的。

金属中的自由电子是负电荷，它们在金属晶格中自由运动并形成电流。

因此，导体中的电荷主要分布在导体表面和靠近表面的区域。

当一个电源连接到导体两端时，电源提供了电场，使电荷在导体中运动。

在连接电源的瞬间，电源的电场会迅速传播到导体的内部。

由于导体中的电子可以自由移动，它们会沿着电场的方向流动，形成电流。

然而，电荷在导体中的分布并不是均匀的。

在导体内部，电荷会经历均匀分布和非均匀分布两种情况。

首先，我们来看均匀分布的情况。

当导体处于静止状态时，电荷在导体内部均匀分布。

这是因为导体的电子处于热运动状态，它们会在导体中自由运动，最终形成均匀的电荷分布。

当外部电场不存在时，导体内部的电荷分布保持稳定。

然而，当导体处于外部电场作用下时，电荷分布将变得非均匀。

外部电场会对导体中的电荷施加力，电荷将在导体内部重新分布，使导体表面附近的电荷密度更高。

这种情况下，电子将在导体内部产生运动，直到达到新的平衡分布。

除了电场作用外，导体的形状、尺寸和电导率也会影响电荷在导体内部的分布。

例如，当导体的形状是球形或圆筒形时，电荷会更密集地分布在导体表面，而导体内部的电荷密度较低。

这是因为导体表面的曲率较大，电荷更容易在这些区域聚集。

此外，电荷在导体中的分布还受到电流的影响。

当导体中存在电流时，电流的流向也会影响电荷的分布。

在直流电路中，电荷会沿着电流方向流动，在导体中形成一个连续的电流通路。

电磁场中的电荷与电流分布电磁场是物理学中一个重要的概念，它描述了电荷与电流在空间中的分布及其相互作用。

本文将从电荷和电流的角度出发，探讨电磁场中的电荷与电流分布。

电荷是电磁场中的基本粒子，它是带有电荷的微观粒子。

根据电荷的正负性，电荷分为正电荷和负电荷。

根据库仑定律，同种电荷之间的相互作用是排斥的，异种电荷之间的相互作用是吸引的。

当电荷分布不均匀时，将产生电场。

电场是电荷在周围产生的一种物理场，它是一种向量场，可以用矢量来表示。

电场的强度与电荷的数量和分布有关。

当电荷呈线性分布时，电场强度随距离的增大而减小。

当电荷呈点状分布时，电场强度也会随距离的增大而减小。

根据库仑定律可以计算出电荷分布产生的电场强度。

除了电场，电荷还会产生磁场。

磁场是电荷运动产生的，当电荷运动时，会产生一个环绕电荷的磁场。

磁场也是一种向量场，可以用矢量来表示。

根据安培定律，电流和磁场之间存在着相互作用关系。

当电流通过导线时，会在导线周围产生一个磁场。

电流是电荷的运动形式，是电荷在单位时间内通过某一截面的数量。

根据电流的方向和大小，电流分为直流和交流。

直流电流是电荷沿着一个方向流动的电流，而交流电流是电荷在一个方向上周期性地来回流动。

根据欧姆定律，电流与电压和电阻之间存在着一定的关系。

在电磁场中，电流也会产生电磁场。

当电流通过导线时，会在导线周围形成一个电磁场。

电磁场的强度与电流的大小和方向有关。

根据毕奥-萨伐尔定律，在电磁场中，电流元产生的磁场强度与距离的平方成反比，与电流元与观察点之间的夹角正比。

通过分析电荷和电流在电磁场中的分布和相互作用，我们可以更深入地理解电磁场的本质。

电荷的分布会影响电场的强度和方向，而电流的分布则会影响磁场的强度和方向。

当电荷和电流同时存在时，它们会相互影响，形成一个复杂的电磁场。

在实际应用中，我们经常需要对电磁场中的电荷和电流进行分析和计算。

比如，在电路设计中，我们需要考虑电荷和电流的分布情况，以确保电路的正常工作。