文档介绍：第13章电流和磁场
• 电流和电流密度
• 电流的一种经典微观图像欧姆定理
• 磁力与电荷的运动
• 磁场与磁感应强度
• 毕奥—萨伐尔定律
• 匀速运动点电荷的磁场*
• 安培环路定理
• 利用安培环路定理求磁场的分布
• 与变化电场相联系的磁场
• 电场和磁场的相对性*
电流和电流密度
电荷的定向运动→形成电流
电流
传导电流
运流电流
位移电流
载流子:
自由电子、正负离子、
电子—空穴对、库柏对、
孤子…
常用单位时间内通过横截面积的电量来描述电流的强弱,即电流强度。
国际单位制中电流的单位是安培A
1A=1C/s
电流密度矢量的大小等于单位时间内通过该点垂直于
电荷运动方向的单位面积的电荷量。其方向与该点正电荷
运动方向一致。
大块导体
电流密度矢量
大小:通过与该点E垂直的单位截面的电流
对电子:
方向:与+q的漂移运动方向(E方向)相同
I与的关系:
通过某截面的电流强度即电流密度
矢量j通过该面的通量。
电流连续性方程
取电流场中一闭合曲面
电流的一种经典微观模型欧姆定律
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当导体中没有电场时,金属中的自由电子在正离子组成的晶格间做无规则运动。
自由电子的总速度由它的热运动速度和因电场产生的附加定向速度两部分组成。前者的矢量平均为0,后者的平均叫做漂移速度。
自由电子在电场中获得的加速度为
在下一次碰撞之前电子获得的定向速度为
τ为电子在两次碰撞之
间的平均自由飞行时间
金属电导率
欧姆定律的微分形式
U
I
S
E
J
l
令R=ρl /S
称为导线电阻
导体内各处电流密度不随时间改变(恒定电流)
各处电荷分布
不随时间变化
电场分布不随时间变化
恒定电场:有电流而保持不随时间变化的电场。
具有和静电场一样的性质.
稳恒电流条件:穿过封闭曲面S的通量为零
稳恒电流一定是闭合的,两端通向
无穷远。(在无穷远处闭合)
稳恒电流的电场分布不随时间变化。
I
ε
有恒定电流的闭合回路中
电荷绕回路一周电场力做功为0。意味着静电场
不可能提供电路中消耗的能量。
闭合回路中消耗的能量一定是电源内的某种非静电力(如化学力)提供的。电源的这种功能用它的电动势E来定量描述。
单位正电荷通过电源内部
时,非静电力对它做的功。
磁力与电荷的运动
一块磁体上磁性特别强的区域,叫做磁极。任何磁体都有两极:南极(S)和北极(N),若将条形磁铁切断,无论切成几段,每一段都具有一个北极和一个南极,其他的磁体也具有这个性质,这表明磁体不存在独立的N极或S极,但是有独立存在的正电荷或负电荷,这是磁极与电荷的基本区别。
人类对磁现象的认识是很早的,最早发现的磁现象是天然磁石吸铁的现象。指南针是我国古代的伟大发明之一,对世界文明的发展有重大影响。
将一根磁铁悬挂起来使它能够自由转动,并用另一根磁铁去接近它,可以发现,同号的磁极相互排斥,异号的磁极相互吸引。
大量实验证明磁铁和磁铁,磁铁和电流,以及电流和电流之间存在相互作用。
N
S
N
S
N
S
S
N