电流和电流密度.ppt

一、电流一、电流14.1 电流和电流密度电流和电流密度 电流电流大量电荷有规则的定向运动形成电流。大量电荷有规则的定向运动形成电流。方向：规定为正电荷运动方向。方向：规定为正电荷运动方向。大小：大小：单位（单位（SI）：）：安培（安培（A）电流强度电流强度单位时间内通过某截面的电量。单位时间内通过某截面的电量。二、电流密度二、电流密度不同形状导体的电流线不同形状导体的电流线电流密度电流密度:单位体积内单位体积内的载流子数的载流子数目为目为n载流子载流子平均速平均速率为率为取一个垂直于场强方向的微小截面取一个垂直于场强方向的微小截面每秒内通过截面每秒内通过截面的电量为的电量为过截面过截面的电流强度：的电流强度：电流密度公式推导：电流密度公式推导：三、电流密度和电流强度的关系三、电流密度和电流强度的关系穿过某截面的电流强度等于通过该面的电流穿过某截面的电流强度等于通过该面的电流密度的通量。密度的通量。电流强度是电流密度的通量。电流强度是电流密度的通量。四、电流的连续性方程四、电流的连续性方程电流的连续性方程电流的连续性方程单位时间内从封闭面内向外流出的正电荷的电量。单位时间内从封闭面内向外流出的正电荷的电量。五、稳恒电场五、稳恒电场电流的连续性方程电流的连续性方程恒定电流：恒定电流：导体内各处的电流密度都不随时间变化导体内各处的电流密度都不随时间变化对恒定电流有：对恒定电流有：在恒定电流情况下，导体内电荷的分布不随时间改在恒定电流情况下，导体内电荷的分布不随时间改变。不随时间改变的电荷分布产生不随时间改变的变。不随时间改变的电荷分布产生不随时间改变的电场，这种电场称电场，这种电场称恒定电场恒定电场。静电场静电场静电场静电场恒定电场恒定电场恒定电场恒定电场电荷分布不随时间改变电荷分布不随时间改变但伴随着电荷的定向移动但伴随着电荷的定向移动电场有保守性，它是电场有保守性，它是保守场，或有势场保守场，或有势场产生电场的电荷始终固产生电场的电荷始终固定不动定不动电场有保守性，它是电场有保守性，它是保守场，或有势场保守场，或有势场静电平衡时，导体内电静电平衡时，导体内电场为零，导体是等势体场为零，导体是等势体导体内电场不为零，导导体内电场不为零，导体内任意两点不等势体内任意两点不等势维持静电场不需要维持静电场不需要能量的转换能量的转换稳恒电场的存在总要稳恒电场的存在总要伴随着能量的转换伴随着能量的转换14.2 14.2 电流的一种经典微观图像电流的一种经典微观图像设导体内有电场每个自由电子受力加速度一、欧姆定律的微分形式一、欧姆定律的微分形式下次碰撞前的定向速度有由某次碰撞某次碰撞下一次碰撞下一次碰撞定义电导率：定义电导率：每次碰撞后瞬间平均而言，定向速度为零设两次碰撞间电子平均自由飞行时间为欧姆定律欧姆定律14.3 14.3 磁力与电荷的运动磁力与电荷的运动静止电荷静止电荷静止电荷静止电荷静电力静电力运动电荷运动电荷运动电荷运动电荷磁力磁力磁力现象：磁力现象：1.永磁体同极相斥，异极相吸永磁体同极相斥，异极相吸磁铁磁铁磁铁磁铁SNSN2.磁体对电流的作用磁体对电流的作用3.奥斯特实验奥斯特实验磁体磁体电流电流电流电流磁体磁体电流电流磁体磁体4.磁体对运动电荷的作用磁体对运动电荷的作用电子束电子束NS+5.平行电流间的相互作用平行电流间的相互作用磁体磁体运动电荷运动电荷电流电流电流电流磁铁磁铁磁铁磁铁磁铁磁铁电流电流运动的电荷运动的电荷电流电流电流电流磁铁磁铁运动的电荷运动的电荷运动的电荷运动的电荷运动电荷之间相互作用的表现运动电荷之间相互作用的表现磁力：磁力：磁现象的电本质磁现象的电本质14.4 14.4 磁场与磁感应强度磁场与磁感应强度运动电荷（磁铁、电流）在其周围空间存在运动电荷（磁铁、电流）在其周围空间存在磁场磁场运动的电荷运动的电荷运动的电荷运动的电荷磁场磁场静止电荷静止电荷静止电荷静止电荷静电场静电场一、磁场概念的引入一、磁场概念的引入运动电荷运动电荷电场电场磁场磁场二、磁感应强度二、磁感应强度1.当点电荷沿某方向运动时，它当点电荷沿某方向运动时，它不受磁场力作用不受磁场力作用磁场方向磁场方向2.当点电荷垂直于磁场方向运动当点电荷垂直于磁场方向运动时，它所受的磁场力最大，用时，它所受的磁场力最大，用表示表示但对磁场中某一指定点而言，但对磁场中某一指定点而言，与与比值比值是一是一个个与与和和的大小都无关的恒量，的大小都无关的恒量，这恒量仅与磁场在该这恒量仅与磁场在该点的性质有关。点的性质有关。定义磁感应强度定义磁感应强度B为为磁感应强度磁感应强度B:磁感应强度磁感应强度B具有叠加的性质具有叠加的性质(高斯高斯)方向方向:小磁针在该点的小磁针在该点的N N极指向极指向单位单位:T T(特斯拉特斯拉)大小大小:三、磁感线三、磁感线方向：切线方向：切线大小：大小：I直线电流的磁感线直线电流的磁感线圆电流的磁感线圆电流的磁感线I通电螺线管的磁感线通电螺线管的磁感线1 1、每一条磁感线都是环绕电流的闭合曲线，都与闭、每一条磁感线都是环绕电流的闭合曲线，都与闭合电路互相套合，因此磁场是涡旋场。磁感线是无头合电路互相套合，因此磁场是涡旋场。磁感线是无头无尾的闭合回线。无尾的闭合回线。2 2、任意两条磁感线在空间不相交。、任意两条磁感线在空间不相交。磁通量磁通量穿过磁场中任一曲面的磁力线的条数穿过磁场中任一曲面的磁力线的条数在均匀磁场中在均匀磁场中,以周界为以周界为L的同一平面上张有如图的同一平面上张有如图A、B、C、D所示的四种形状的不同曲所示的四种形状的不同曲面面,则穿过每个曲则穿过每个曲面的总磁通量面的总磁通量为为A.通过通过B图曲面的图曲面的最大最大B.通过通过D图曲面的图曲面的最大最大C.通过通过C图曲面的图曲面的最大最大D.通过四个曲面的通过四个曲面的相同相同四、磁场中的高斯定理四、磁场中的高斯定理穿过穿过任意任意闭合曲面的磁通量为零闭合曲面的磁通量为零磁场是无源场。磁场是无源场。洛仑兹力洛仑兹力运动电荷在磁场中所受的磁场力运动电荷在磁场中所受的磁场力电场力电场力磁场力磁场力洛仑兹力公式洛仑兹力公式力与速度方向垂直力与速度方向垂直。不能改变速度大小，只能改变速度方向。不能改变速度大小，只能改变速度方向。14.5 带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动粒子做直线运动粒子做直线运动粒子做匀速圆周运动粒子做匀速圆周运动空间内分布着相互垂直的均匀磁场和均匀电场如图所空间内分布着相互垂直的均匀磁场和均匀电场如图所示示.今有一个粒子今有一个粒子a能够沿竖直方向穿过该空间能够沿竖直方向穿过该空间,则则A.a必带正电必带正电B.a必带负电必带负电C.a必不带电必不带电D.不能判定不能判定a是否带电是否带电图示为一均匀磁场图示为一均匀磁场,其分布范围为其分布范围为x=0到到x=,y=的空的空间一个电量为正间一个电量为正q、质量为、质量为m的粒子的粒子,以速度以速度v从从x=0,y=0,沿沿x正向处进入磁场。带电粒子受磁场偏转后正向处进入磁场。带电粒子受磁场偏转后,逸出磁场处逸出磁场处的坐标为的坐标为习题习题14.9北京正负电子对撞机中电子在周长为北京正负电子对撞机中电子在周长为240m的的储存环中作轨道运动。已知电子的动量是储存环中作轨道运动。已知电子的动量是求：偏转磁场的磁感应强度。求：偏转磁场的磁感应强度。习题习题14.6如图，一电子经过如图，一电子经过A点时，具有速率点时，具有速率（1）欲使这电子沿半圆自）欲使这电子沿半圆自A至至C运动，试求所需的磁场运动，试求所需的磁场大小和方向大小和方向(2)求电子自求电子自A运动到运动到C所需的时间。所需的时间。螺距螺距 d：磁聚焦磁聚焦极光极光范艾伦辐射带范艾伦辐射带极光的形成极光的形成14.614.6霍耳效应霍耳效应厚度厚度b,宽为宽为h的导电薄片，沿的导电薄片，沿-x轴通有电流强度轴通有电流强度I，当，当在在y轴方向加以匀强磁场轴方向加以匀强磁场B时，在导电薄片两侧时，在导电薄片两侧产生一电位差产生一电位差，这一现象称为，这一现象称为霍耳效应霍耳效应RH-霍耳系数霍耳系数+q0+霍耳效应的应用霍耳效应的应用2、根据霍耳系数的大小的测定，、根据霍耳系数的大小的测定，可以确定载流子的浓度可以确定载流子的浓度n型半导体载流子为型半导体载流子为电子电子p型半导体载流子为型半导体载流子为带正电的空穴带正电的空穴1、确定半导体的类型、确定半导体的类型 霍耳效应已在测量技术、电子技术、计算技霍耳效应已在测量技术、电子技术、计算技术等各个领域中得到越来越普遍的应用。术等各个领域中得到越来越普遍的应用。3、可以通过霍尔电压来测量磁场、可以通过霍尔电压来测量磁场B14.7 14.7 载流导线在磁场中受的力和力矩载流导线在磁场中受的力和力矩每个载流子受力：每个载流子受力：在在段中共有载流子数目：段中共有载流子数目：这些载流子受力的总和：这些载流子受力的总和：一、一、安培定律安培定律安培力：安培力：电流元在磁场中受到的磁力电流元在磁场中受到的磁力方向判断方向判断右手螺旋右手螺旋载流导线受到的磁力载流导线受到的磁力大小大小平行平行z轴有一长为轴有一长为L的载流直导线的载流直导线,电流为电流为I,该导线处在该导线处在一均匀磁场一均匀磁场B中中,沿三个坐标轴的分量分别为沿三个坐标轴的分量分别为Bx,By,Bz.以下结论中哪个是正确的以下结论中哪个是正确的?A.Fy=ILByB.Fz=ILBxC.Fx=-ILByD.Fs=0(Fs表示合力表示合力)一个电流元一个电流元Idl放在磁场中放在磁场中o点，当它沿点，当它沿x轴正向时，受力轴正向时，受力为零；当它沿为零；当它沿y轴正向时轴正向时,受力沿受力沿z轴负方向轴负方向.试问以下各图试问以下各图哪一个正确表示了该点磁感应强度哪一个正确表示了该点磁感应强度B的方向的方向?(A)(B)(C)(D)