第5章电磁场讲义
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第5章 导体【本章课程导入】雷鸣电闪时,强大的电流使天空发出耀眼的闪光,但它只能存在于一瞬间,而手电筒的小灯泡却能持续发光,这是为什么?5.1 电流和电流密度1.电流电荷运动就会形成电流。
电流的单位:安培(A )。
定义:单位时间内通过给定参考点(或通过一个给定参考面)的电荷量。
用I 表示,dqI dt=单位换算:3611010A mA A μ--== 2.电流密度J v ρ=3.几种典型的电流分布粗细均匀的金属导体 粗细不均匀的金属导线4.电流强度与电流密度的关系在导体中任取一截面元dS ,设该处电荷密度为ρ,运动速度为v 。
在dt 时间内通过截面元的电荷量为d d d d ()d d d d q V v t S v S t J S t ρρρ==⋅=⋅=⋅在dt 时间内通过某有限截面的电荷量为d d d SI t J S t =⋅⎰⎰电流强度与电流密度的关系为d SI J S =⋅⎰⎰电流强度就是电流密度穿过某截面的通量。
5.2 电流连续性电荷守恒定律:在孤立系统中,总电荷量保持不变。
在有电荷流动的导体内做任一闭合曲面S ,d t 时间内通过S 向外净流出的电荷量应等于同一段时间内S 内电荷量的减少。
d d d Sq J S t -=⋅⎰⎰即d d d SqJ S t⋅=-⎰⎰上式是电荷守恒定律的数学表述,又称电流连续性方程。
电流连续性方程的物理意义:如果闭合曲面S 内有正电荷积累起来,则流入S 面内的电荷量多于流出的电荷量;反之,如果S 面内的正电荷减少,则流出的电荷量多于流入的电荷量。
如果用Q i 来表示闭合面内的电荷,那么电荷的减少率是/i dQ dt -,且电荷守恒原理要求如果利用散度定理把面积分变换为体积分,就可以得到它的微分或点形式:由此可以得到,电流连续性方程的微分或点形式为:()J tυρ∂∇=-∂ 5.3 金属导体1900年特鲁德(P.Drude )首先提出用金属中自由电子的运动来解释金属导电性问题,以后洛伦兹进一步发展了特鲁德的概念,建立了金属的经典电子理论。