下载文档原格式
稳恒电流1.电流---（1）定义:电荷的定向移动形成电流. （2）电流的方向:规定正电荷定向移动的方向为电流的方向.在外电路中电流由高电势点流向低电势点，在电源的内部电流由低电势点流向高电势点（由负极流向正极）.2.电流强度: ------（1）定义:通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用时间的比值，I=q/t（2）在国际单位制中电流的单位是安.1mA=10-3A，1μA=10-6A（3）电流强度的定义式中，如果是正、负离子同时定向移动，q应为正负离子的电荷量和.2.电阻--（1）定义:导体两端的电压与通过导体中的电流的比值叫导体的电阻. （2）定义式:R=U/I，单位:Ω（3）电阻是导体本身的属性，跟导体两端的电压及通过电流无关.3★★.电阻定律（1）内容:在温度不变时，导体的电阻R与它的长度L成正比，与它的横截面积S成反比.（2）公式:R=ρL/S. （3）适用条件:①粗细均匀的导线;②浓度均匀的电解液.4.电阻率:反映了材料对电流的阻碍作用.（1）有些材料的电阻率随温度升高而增大（如金属）;有些材料的电阻率随温度升高而减小（如半导体和绝缘体）;有些材料的电阻率几乎不受温度影响（如锰铜和康铜）.（2）半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间，而且电阻随温度的增加而减小，这种材料称为半导体，半导体有热敏特性，光敏特性，掺入微量杂质特性. （3）超导现象:当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小到零，这种现象叫超导现象，处于这种状态的物体叫超导体.5.电功和电热（1）电功和电功率:电流做功的实质是电场力对电荷做功.电场力对电荷做功，电荷的电势能减少，电势能转化为其他形式的能.因此电功W=qU=UIt，这是计算电功普遍适用的公式. 单位时间内电流做的功叫电功率，P=W/t=UI，这是计算电功率普遍适用的公式. （2）★焦耳定律:Q=I 2 Rt，式中Q表示电流通过导体产生的热量，单位是J.焦耳定律无论是对纯电阻电路还是对非纯电阻电路都是适用的.（3）电功和电热的关系①纯电阻电路消耗的电能全部转化为热能，电功和电热是相等的.所以有W=Q，UIt=I 2 Rt，U=IR（欧姆定律成立），②非纯电阻电路消耗的电能一部分转化为热能，另一部分转化为其他形式的能.所以有W>Q，UIt>I 2 Rt，U>IR（欧姆定律不成立）.★ 6.串并联电路电路串联电路(P、U与R成正比) 并联电路(P、I 与R成反比)电阻关系 R串=R1+R2+R3+ 1/R并=1/R1+1/R2+1/R3+电流关系 I总=I1=I2=I3I并=I1+I2+I3+电压关系 U总=U1+U2+U3+ U总=U1=U2=U3=功率分配 P总=P1+P2+P3+ P总=P1+P2+P3+7.电动势 --（1）物理意义:反映电源把其他形式能转化为电能本领大小的物理量.例如一节干电池的电动势E=15V，物理意义是指:电路闭合后，电流通过电源，每通过1C的电荷，干电池就把15J的化学能转化为电能.（2）大小:等于电路中通过1C电荷量时电源所提供的电能的数值，等于电源没有接入电路时两极间的电压，在闭合电路中等于内外电路上电势降落之和E=U外+U内.★★ 8.闭合电路欧姆定律（1）内容:闭合电路的电流强度跟电源的电动势成正比，跟闭合电路总电阻成反比.（2）表达式:I=E/（R+r）（3）总电流I和路端电压U随外电阻R的变化规律当R增大时，I变小，又据U=E-Ir知，U变大.当R增大到∞时，I=0，U=E（断路）.当R减小时，I变大，又据U=E-Ir知，U变小.当R减小到零时，I=E r ，U=0（短路）.9.路端电压随电流变化关系图像U端=E-Ir.上式的函数图像是一条向下倾斜的直线.纵坐标轴上的截距等于电动势的大小;横坐标轴上的截距等于短路电流I短;图线的斜率值等于电源内阻的大小.10.闭合电路中的三个功率（1）电源的总功率:就是电源提供的总功率，即电源将其他形式的能转化为电能的功率，也叫电源消耗的功率 P总=EI.（2）电源输出功率:整个外电路上消耗的电功率.对于纯电阻电路，电源的输出功率.P出=I 2 R=[E/（R+r）] 2 R ，当R=r时，电源输出功率最大，其最大输出功率为Pmax=E 2/ 4r（3）电源内耗功率:内电路上消耗的电功率 P内 =U内I=I 2 r（4）电源的效率:指电源的输出功率与电源的功率之比，即η=P出 /P总=IU/IE =U /E .11.电阻的测量原理是欧姆定律.因此只要用电压表测出电阻两端的电压，用安培表测出通过电流，用R=U/ I 即可得到阻值.①内、外接的判断方法:若R x 大大大于R A ，采用内接法;R x 小小小于R V ，采用外接法.②滑动变阻器的两种接法:分压法的优势是电压变化范围大;限流接法的优势在于电路连接简便，附加功率损耗小.当两种接法均能满足实验要求时，一般选限流接法.当负载RL较小、变阻器总阻值较大时（RL的几倍），一般用限流接法.但以下三种情况必须采用分压式接法:a.要使某部分电路的电压或电流从零开始连接调节，只有分压电路才能满足.b.如果实验所提供的电压表、电流表量程或电阻元件允许最大电流较小，采用限流接法时，无论怎样调节，电路中实际电流（压）都会超过电表量程或电阻元件允许的最大电流（压），为了保护电表或电阻元件免受损坏，必须要采用分压接法电路.c.伏安法测电阻实验中，若所用的变阻器阻值远小于待测电阻阻值，采用限流接法时，即使变阻器触头从一端滑至另一端，待测电阻上的电流（压）变化也很小，这不利于多次测量求平均值或用图像法处理数据.为了在变阻器阻值远小于待测电阻阻值的情况下能大范围地调节待测电阻上的电流（压），应选择变阻器的分压接法.交变电流1.交变电流:大小和方向都随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流.按正弦规律变化的电动势、电流称为正弦交流电.2.正弦交流电 ----（1）函数式:e=E m sinωt （其中★E m =NBSω）（2）线圈平面与中性面重合时，磁通量最大，电动势为零，磁通量的变化率为零，线圈平面与中心面垂直时，磁通量为零，电动势最大，磁通量的变化率最大.（3）若从线圈平面和磁场方向平行时开始计时，交变电流的变化规律为i=I m cosωt..（4）图像:正弦交流电的电动势e、电流i、和电压u，其变化规律可用函数图像描述。
(3)导体表面附近的的场强为 E = e nσ / ε 0 σ 为导体表面面电荷密度.
en
为导体表面面元的法线方向矢量.
证明: 考虑图中橙色圆所示面元,面积为 ΔS . 作一薄的圆柱, 圆柱 底面积为 ΔS , 高为 h → 0 . 圆柱侧面平行于电场方向. 由于导体是等势体,所以表面附近电场垂直于表面. 圆柱侧面上电场 通量为零. 在导体内部的底面上的电场通量也为零. 因而得到:
∫∫S E ⋅ dS = EΔS = σΔS / ε 0 ΔS
受力为多大?
2
问题: 面元
en
1 σ ΔS ΔF = σΔSE = 2 2ε 0
σ − en 2ε 0 σ en 2ε 0
σ en 2ε 0
把系统分为如图的两部分, 假设把所考虑的那部分电荷元挖去,保持
σ en 电荷分布不变, 在挖去的那个位置电场为 E = 2ε 0 σ en 而挖去的那部分电荷元在它表面产生的电场为 ± 2ε 0
例题18-5-1 半径为R的导体球带电量Q,求空间的静电场能 解 已知场强分布为
σ = E= er = en 2 2 ε 0 4πr ε0 4πε 0 r
Qe r 1 Q
在如图的球壳中的静电能为
R r+dr r
1 Q 2 2 dW = ε 0 ( ) × 4 π r dr 2 2 4πε 0 r
总的静电能为
2 1 Q Q ∞ 2 2 r dr = W = ∫R × ε0( ) 4 π 2 2 4πε 0 r 8πε 0 R
系统的能量可以用如下方式来计算. 设想导体球可以膨胀和收缩, 它从半径无穷大收缩到半径为 R , 看电场作了多少功. 首先来看半径
r + dr
r + dr
收缩为
r
电场作了多少功.
σds
r
电荷元(橙色椭圆)受力为
1 Qe r Qe r 1 Q ds F = σds = 2 2 2 2 4πr 4πε 0 r 4πε 0 r 2
电场对电荷元作功为 对整个球电场作功为 整个过程中电场作功为
1 Q Qe r dw = F ⋅ dr = ds dr 2 2 2 4πr 4πε 0 r 1 Q 2 Qe r 4πr dr 2 2 2 4πr 4πε 0 r ∞1 Q 2 Qe r ∫R 2 4πr 2 4πr 4πε r 2 dr 0
两带电平行板之间的作用力? 又因为 Q = σS 力可以写为 + A B
1 σ F= Q 2 ε0
我们知道在两平行板之间的电场为
σ E0 = ε0
这个电场为一半由正极板贡献, 一半 由负极板贡献, 正(负)极板感受到的 电场只有这个值的一半. 所以有
+
-
σ 2ε 0
正负极板各自独立存在 时的电场.
1 F = QE0 2
§19-3 电动势 一段含源电路的欧姆定律 一. 电源 电动势 1. 非静电力 电动势 由稳恒电流条件
∫∫S J ⋅ dS = 0
J
A E B
- + +
+
可知任何闭合曲面上的 J 通量为零, 因而 J 线无头无尾,必为闭合曲线. 在电源外部,正电荷沿电场线 从A流向B.在电源内部,正电荷 逆电场线从B流向A,靠非静电 力由低电势走向高电势. J 定义非静电力场强
E ns Fns = q
E
J E ns E J
-
即单位电荷所受非静电力,方向在电源内部由负指向正极.
在外电路,只有静电场,电流与电场满足 J = σE 在电源内部,电荷既受静电力,又受非静电力,电流与电场满足 J = σ ' (E + E ns ) 3.电动势 在电源内部,非静电力将正电荷从B搬到A,作功A ns ,定义电动势
Ans 1 A A ε= = q E ⋅ d l = E ns ⋅ dl ∫B ∫B ns q q 经电源内部 经电源内部
由于电源外部,非静电场强为零,所以电动势可以写成以下环路积分
ε = ∫L E ns ⋅ dl
二.全电路欧姆定律 J A E B
- + + +
电源内也有电阻,成为内阻.电源作功 用qε=Iεt表示.根据能量守恒可得
E
J E ns E
-
Iεt = I Rt + I Ri t
然后得到 J
2
2
ε = I ( R + Ri )
J 三.含源电路的欧姆定律. 因为A,B段电压为 U AB = IR , 所以有
U AB = ε − IRi
三.含源电路的欧姆定律 (一般情况). A
+ +
巡行方向 A
Ri
ε
Ri
电流方向
ε
E
- -
B
B
U AB = ε − IRi
1. 2.
U AB
是按巡行方向表示的电压.
当巡行方向是从电源的正极指向负极时, 前取`+’ 号, 反之 取`-’ 号. 3. 当巡行方向与电流方向相同时, IRi 前取`+’ 号, 反之 取`-’ 号.
ε
D I3 I1 A ε 1 R1i ε 4 R4i R1 C ε 2 R2i R2 巡行方向 先规定巡行方向和电流方向.然后写出方程. R3 I2 ε 3 Ri3 B
U AC = ε1 + I1Ri1 + I1R1 U CB = −ε 2 − I 2 Ri 2 − I 2 R2 − I 2 R3 + ε 3
两式和起来有 U AB = U AC + U CB
= (ε1 − ε 2 + ε 3 ) + ( I1Ri1 + I1R1 − I 2 Ri 2 − I 2 R2 − I 2 R3 )
超导电子学简介
超导简史
1908年,荷兰H.K.翁纳斯首次使氦气液化,成功地获得4.2K低温。
1911年，他在研究各种金属在低温下的电阻性质时发现了汞的超导电性。
直到1956年，L.N.库柏提出在超导体中有电子对，并于1957年建立了巴丁-库柏-施里弗超导微观理论,简称BCS理论。
这一理论较为完满地解答了超导电性的物理本质。
1962年，英国剑桥大学B.D.约瑟夫逊在关于隧道超流现象的著名论著中预言了超导隧道效应，也称约瑟夫逊效应。
1963年实验证实了隧道超流现象确实存在。
超导遂道效应发现者约瑟夫逊、隧道技术开创者江崎玲於奈，
以及半导体隧道和超导隧道间的桥梁架设者I.贾埃弗三人获得1973年诺贝尔奖金.
学科内容
超导电子学的理论是以超导体的两个基本特性即零电阻的理想导电性和迈斯纳效应的完全抗磁性为基础，以超导微观理论和超导
约瑟夫逊效应为核心。
理想导电性是指导体电阻突然消失的零电阻特性，又称超导电性。
具有超导电性的物质称为超导体，迄今已发现28种金属、上千种化合物和合金是超导体。
材料处于超导状态简称超导态。
完全抗磁性是指超导体在超导态时将其内部磁场完全排出体外的现象，又称迈斯纳效应。
在超导基本理论的研究中，还发现有同位素效应和库柏对的重要规律和概念。
同位素效应是指由不同的同位素做成的超导元素材料,其临界温度Tc和同位素质量M服从Tc·Mα＝常数的实验和理论规律。
库柏对是指两个电子动量相反，自旋相反，其间的吸引作用最强。
如果这个吸引的声子作用胜过排斥的库仑作用，则两电子之间的净作用力是吸引力。
只要存在净的吸引作用，不管如何弱，两电子也会互相围绕着运动而束缚在一起。
这样一对电子称为库柏对。
约瑟夫逊效应两块或两片超导体之间存在的势垒层（10～20埃）或弱连接形成超导结时，超导电子对通过这些结而呈现的一系列电学、磁学和辐射方面的特性、
统称为约瑟夫逊效应或超导电子隧道效应。
Φ。
