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1、2.1电源和电流,第二章 恒定电流,陈昌海 2017年10月,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,而手电筒中的小灯泡却能持续发光,这是为什么?,一、电源,导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动形成电流. (瞬时电流),1、电流的形成,2、持续电流的形成倘若在A,B之间连接一个装置P,作用是不断地把电子从A搬运到B，使AB之间始终存在一定的电场，从而保持持续电流。,装置P电源,_,等势体,导体中产生电流的条件:导体两端存在电势差,导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体,达到静电平衡，导线R中会产生一个瞬时电流,抽水机,电源,1.能把自由电子从正极搬到负
2、极的装置.,2.作用:保持导体两端的电势差(电压),使电路有持续的电流.,-,-,+,A,+,+,+,+,+,+,+,_,_,_,B,_,_,_,_,_,P,假设在电源正、负极之间连一根导线,二.导线中的电场,-,-,+,A,+,+,+,+,+,+,+,_,_,_,B,_,_,_,_,_,P,假设在电源正、负极之间连一根导线,M,N,E0,F,Fn,Ft,导线内很快形成沿导线方向的电场,二.导线中的电场,导体内的电场线保持和导线平行,小结:形成电流的条件,（1）存在自由电荷 金属导体自由电子 电解液正、负离子（2）导体两端存在电压 当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷在电场
3、力的作用下发生定向移动，形成电流 电源的作用是保持导体两端的电压，使导体中有持续的电流,我们在上一章中曾经得出结论:在静电平衡时,导体内部的场强为零,导体上任意两点之间的电势差为零(等势体).这与我们现在的说法有矛盾吗?为什么?,思考题,导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定。-恒定电场,恒定电场,由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场.,恒定电场,电场强度大小不变,自由电子在各个位置的定向运动速率也不变,串一个电流表,读数不会变(恒定电流),、恒定电流,电流：1、 定义：
4、大小、方向都不随时间变化的电流 用单位时间内通过导体横截面的电量表示电流强弱,2、 公式：,4 、 方向：正电荷定向移动的方向 金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。,可得,3、 单位：安培 A 其他单位 mA A,（1）电流为标量，电流虽有方向但是标量（2）电解液中正负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，此时q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。,例1 某电解池，如果在1s中内共有5.01018个二价正离子和1.01019个一价负电子通过某横截面，那么通过这个横截面的电流强度是多大？,答案：3.2A,说明,例 2 有一条横截面积S=1m
5、m2的铜导线，通过的电流I=1A。已知铜的密度=8.9103kg/m3，铜的摩尔质量M=6.410-2kg/mol，阿伏加德罗常数NA=6.62 1023mol-1，电子的电量e=1.6 10-19C(假设每个铜原子只提供一个电子参与导电）。求铜导线中自由电子定向移动的速率。,解：设自由电子定向移动的速率是v, t时间通过横截面的电荷量是,由,得,从中解出,代入数值后得 v =7.5 10-5 m/s,计算时S是如何处理的？,N代表什么物理量？,四、电流的微观表达式,推导：,一段粗细均匀的导体长为l,两端加一定的电压，自由电荷定向移动的速率为v,设导体的横截面积为s，导体每单位体积内的自由电荷
6、数为n，每个自由电荷量为q。,例3.有一条横截面积S=1mm2 的铜导线，通过的电流I=1A .已知铜的密度=8.9103 kg/m3 ，铜的摩尔质量M=6.0210-2 kg/mol，阿伏加德罗常数NA=6.6210 23mol-1，电子的电量e=1.6 10 -19 C (假设每个铜原子只提供一个电子参与导电）。求:铜导线中自由电子定向移动的速率,答案：,思考题,如果认为电子的定向运动速率就是电流的传导速率，和我们的生活经验是否相符？怎样解释？,电子定向移动的速率约10 -5 m/s， 电子热运动的平均速率10 5 m/s， 电场的传播速率310 8 m/s.,三种速度的区别,（1）电流传
7、导速率等于光速，电路一接通，导体中的电子立即 受到电场力作用而定向移动形成电流。（对整体而言）,（2）电子定向移动速率，其大小与电流有关，一般每秒为10-2 -10-3m的数量级。（对每个电子而言）,（3）电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运动，其速度与 温度有关，通常情况为每秒几百米。,1、形成电流的条件： （1）存在自由电荷（2）导体两端存在电压2、电源的作用：提供持续的电压3、导线中的电场:导线内的电场线保持和导线平行. (恒定电场)4、恒定电流:大小方向都不随时间变化的电流.5、电流:表示电流的强弱程度的物理量. （1）定义式 I=q / t （2）金属导体中电流的计算式,小结,n 为单位体积内自由电荷数目，S 为导体横截面积，v为电荷定向移动速率,q为每个自由电荷的电量,
