文档介绍：第1单元基本概念和定律
一、.电流
条件:1、导体两端有持续的电压 2、有可以自由移动的电荷
金属导体――自由电子电解液――正负离子气体――正负离子、自由电子
方向:正电荷的定向移动的方向
C22-
SO42-
导体中电流由高电势流向低电势,
电流在电源外部由正极流向负极
二、电流强度——(I 标量)——表示电流的强弱。
通过导体某一截面的电量q跟通过这些电量所用时间的比值,叫电流强度,简称电流。
1、定义式:适用于任何电荷的定向移动形成的电流。
单位:1 C / s = 1 A 1 A = 10 3 mA 1 mA = 10 3 μA
注意:在电解液导电时,是正负离子向相反方向定向移动形成电流,在用公式I=q/t计算电流强度时应引起注意。
v
A B
v t
2、电流的微观表达式
已知:粒子电量q 导体截面积s
粒子定向移动的速率v
粒子体密度(单位体积的粒子的个数)n
推导:
对于金属导体有I=nqvS(n为单位体积内的自由电子个数,S为导线的横截面积,v为自由电子的定向移动速率,约10 -5m/s,远小于电子热运动的平均速率105m/s,更小于电场的传播速率3×108m/s),这个公式只适用于金属导体,千万不要到处套用。
三、欧姆定律
1、内容:导体中的电流强度跟导体两端的电压U成正比,跟导体的电阻R成反比
2、公式:
3、R电阻,1V / A = 1Ω 1 KΩ= 1000Ω 1 MΩ= 1000KΩ由本身性质决定
4、适用范围:对金属导体和电解液适用,对气体的导电不适用
I
O U O I
U
1 2 1 2
R1<R2 R1>R2
5、电阻的伏安特性曲线:注意I-U曲线和U-I曲线的区别。还要注意:当考虑到电阻率随温度的变化时,电阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线。
——导体电阻R跟它的长度l成正比,跟横截面积S成反比。
(1)ρ是反映材料导电性能的物理量,叫材料的电阻率(反映该材料的性质,不是每根具体的导线的性质)。单位是Ωm。
(2)纯金属的电阻率小,合金的电阻率大。
⑶材料的电阻率与温度有关系:
①金属的电阻率随温度的升高而增大(可以理解为温度升高时金属原子热运动加剧,对自由电子的定向移动的阻碍增大。)铂较明显,可用于做温度计;锰铜、镍铜的电阻率几乎不随温度而变,可用于做标准电阻。
②半导体的电阻率随温度的升高而减小(可以理解为半导体靠自由电子和空穴导电,温度升高时半导体中的自由电子和空穴的数量增大,导电能力提高)。
③有些物质当温度接近0 K时,电阻率突然减小到零——这种现象叫超导现象。能够发生超导现象的物体叫超导体。材料由正常状态转变为超导状态的温度叫超导材料的转变温度TC。我国科学家在1989年把TC提高到130K。现在科学家正努力做到室温超导。
注意:公式R=是电阻的定义式,而R=ρ是电阻的决定式R与U成正比或R与I成反比的说法是错误的,导体的电阻大小由长度、截面积及材料决定,一旦导体给定,即使它两端的电压U=0,它的电阻仍然照旧存在。
电功就是电场力做的功,因此是W=UIt;由焦耳定律,电热Q=I2Rt。其微观解释是:电流通过金属导体时,自由电子在加速运动过程中频繁与正离子相碰,使离子的热运动加剧,而电子速率减小,可以认为自由电子只以某一速率定向移动,电能没有转化为电子的动能,只转化为内能。
1、电功和电功率
电功:电场力对运动电荷所做的功,也叫做电流所做的功
适用于任何电路
能量转化:把电能转化成其他形式的能
2、电热和热功率(焦耳定律)
电流通过导体时,释放的热量
适用于任何电路
能量转化:电能转化为内能
3、纯电阻电路(一来一去,电能全部转化成内能(电阻、灯泡、电炉、电烙铁))
引:真空中和电阻中电流作功把电能转变为其它形式的能的不同
(动能、内能、机械能、化学能等)
4、非纯电阻电路(一来多去电能的一部分转化成热能(电动机、电解槽,电感,电容……)
W=I2 R t+其他形式的能量,即
I2R
机械p
UI
5、对于电动机
UI = I2 R + 机械P
输入功率内耗功率输出功率
总功率热功率机械功率
消耗功率损失功率有用功率
例:电动机,U=220V,I=50A,R=:
①电功率p=UI=220×5=11KW ②热功率p=I2 R=502×=1 KW
P
U2
o
P
U2
o
P
U2
o
P
U2
o
【例1】下图所列的4个图象中,最能正确地表示家庭常用的白炽电灯在不同电压下消耗的电功率P与电压平方U 2之间的函数关系的是以下哪个图象
A. B. C.