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电流和电流密度

  §10.1 一 电流定义 电流和电流密度 + + + + + + 1 电流:电荷的定向运动。 载流子:自由电子,离子,空穴 I 传导电流:导体中载流子的定向运动形成的电流 运流电流:带电物体作机械运动,宏观上形成的电 荷定向运动形成的电流。例:带电荷转 盘的转动; 真空电子管中由阴极发射到 阳极的电子的运动 条件:导体中存在自由电荷; 导体中要维持一定的电场。 2.电流(强度):单位时间内通过横截面的电量。 dq I? dt 单位:安培 A, mA, ?A 电流是标量。 S + + + + + + I 方向:正电荷流动的方向,沿电场方向。 电流分类: 直流(恒定电流)-大小和方向都不变 交流 S + + + 恒定电场 + + + I 1)若要形成恒定电流,导体内要有恒定电场, 即电荷分布不随时间变化; 2)恒定电场与静电场具有相似性质(高斯定 理和环路定理),恒定电场可引入电势的概念; 电流密度 二 电流密度 1、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 半球形接地电 极附近的电流 不均匀的导体中,不同部分电流的大小和方向 都可能不一样,电流 I不一定能反映电流的分布, 有必要引入一个描述空间不同点电流大小和方向 的物理量---电流密度矢量。 ?S ?S 流过 ? S 中的电流是不一样的 电流密度 ? j udt ? d s ? ? j ? u 2、定义: 设q0 方向: 空间某点处正电荷的运动方向; 大小: 等于单位时间内该点附近垂直于电荷运动 方向的单位截面上所通过的电量。 dS? dq ? qn ? dS?u ? dt ? ? dI ? qnu? dS? ? qnu ? dS ? ? ? ? ? j ? qnu dI ? j ? dS udt n dq ? u 电流密度 3、电流强度与电流密度的关系 ? en dS ? ? j I?? S ? ? j ? dS 电流就是穿过某截面电流密度的通量。 三. 电流的连续性方程 在到体内内任取一闭合面,由电荷守恒定律 ?S ? ? dq J ? dS ? - dt 四. 恒定电流 ? ? dq J ? d S ? ? 0 ? S dt 封闭面一侧流入的电荷量等于封闭面另一侧 流出的电荷量 产生静电场的电荷是静止的 产生恒定电场的电荷是在作定向运 动的 在静电场中的导体内部的电场强 度为零 在恒定电场中的导体内部的电场强 度不为零,导体二端有电势差,形 成恒定电流。 维持静电场不需要消耗能量 维持恒定电场需要消耗能量

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