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1、第五章电学,掌握：电偶极子电场的电势、电容器在 直流电路中充放电规律及电路时 间常数、R、L、C在交流电路中 的作用、RLC串联电路熟悉：基尔霍夫定律、接触电势差、温差电动势、正弦 式交流电、串联谐振了解：脱出功、能斯脱电位、动作电位,1 电偶极子电场的电势一、电偶极子(electric dipole),两个距离很近的等量异号电 荷组成的带电系统,-,+,q,+q,-,+,q,+q,电矩(electric moment),二、电偶极矩,方向：从负电荷到正电荷,p,1、点电荷电场的电势,三、电偶极子电场的电势,r2,r1,r,o,q,+q,a,2、电偶极子电场a 点的电势,三、讨论:1.方位角
2、的判定：,2.K=9109 N.m2.C-2,o,a,+q,q,电矩正方向与 oa连线间的夹角,3、电偶极子电势分布 区域,0V线,（1）垂直平分线上 电势为0,（2）正电荷半区域 电势为正,（3）负电荷半区域 电势为负,电偶极子电场中，OAOBOC，此三点电位为：（1）UAUBUC；（2）UA、UB、UC都0，且不相等；（4）UA、UB、UC都0，且UAUC，UB最小；,【例1】,【解】,四、电偶极子电势是心电信号的基础,心电图,体表电势变化,心电信号（矢量，周期性变化）,心脏（电偶极子）,2 直流电路(Direct current circuit),一、基尔霍夫定律,1、基尔霍夫第一定律,
3、（1）节点：三条或三条以上通电导线 的会合点称为支点或节点,A、D 两点为节点,（2）、基尔霍夫第一定律节点电流的定律：,如果规定流向某节点的电流为正，自该点出的电流为负，那么，会合在节点的电流强度的代数和等于零，即,I0,I流进 I流出,所有流向节点的电流总和应该与所从节点流出的电流总和相等。,（3）节点电流方程个数：n个节点有(n-1)个独立的节点电流方程,A点：I1I2I30,B点：I1+I2+I30 不独立,对每一支路任意假定一个电流方向来进行计算，如果计算结果的值为正，说明实际电流方向与假定的电流方向相同；如果计算结果为负，说明实际电流方向与假定的方向相反。,（4）未知电流方向的处理
4、方法：,2、基尔霍夫第二定律 回路电压的定律,（1）、回路和独立回路：选择回路时至少包 含一条在已采用的回路中所没有的新支路。,三个闭合回路 ABCDA、ADEFA 和 BCEFB 仅两个是独立的,注意事项：1）若某电阻上电流方向与回路绕行方向相 同，IR取正；相反取负2）电动势的方向为从负极经电源内部到正 极。若电动势方向与回路方向相同，E取 正，相反取负,（2）、回路电压方程：闭合回路中所有电阻上 电压降的代数和等于所有电动势的代数和,回路BCDEB I3RI2r2E2,节点B I1I2I30,回路ABEPA I2r2I1r1E2E1,巳知数代入，整理后得 I 1I2I30 I12I24
5、2I220I312,解此方程组得 Il 1.03A I2 1.48A I3 0.45A,P 例 5-1,。,3个节点电流方程,3个回路电压方程,二、电容器在直流电路中的充放电过程,1.充电过程和规律,K掷向A i充 C积累电荷 uc i充减小 uc缓慢上升 i充0,1）过程（定性讨论）：,Uc：0 E i充:大 0,2）数学推导：,规律：,开始 结束 曲线 数学式uc 0 E i充 E/R 0uR E 0,RC,t,e,E,uR,-,=,充电电容等效方法 t0，uc0，i充ER（最大），即充电开始电容相当于短路,中间过程服从指数规律,t，ucE，i充=0，即充电结束电容相当于开路,2.放电过程
6、和规律,K掷向B i放 C释放电荷 uc uc0 I放0,过程：,规律：,放电电容等效方法 t0，ucE，I放ER（最大）；放电开始电容相当于电源,t，uc0，i充=0，即放电结束电容相当于开路,中间过程服从指数规律。,3.时间常数,充放电时间,=RC 单位：秒（欧姆、法拉时）,t=RC，uCE（1e1）63%E；t=3RC，uCE（1e3）95%E；t=5RC，uCE（1e5）99%E。一般认为，当 t=(35)RC时,充电基本结束。,11（a)试分析下列电路中当K接通后，P点的电势变化情况，用图表示。,.,.,up(v),t,0,-6,电源正端接地,11.(b)试分析下列电路中当K接通后，
7、A点、B点的电势变化情况，用图表示。,ua(v),t,t,0,0,4,uB(v),4.电容器充放电的应用 心脏除颤器,3 带电粒子输运过程中的电动势,一、接触电势差(contact potential difference),1.脱出功和脱出电势,脱出功 克服表面电偶层的 电场力使电子逸出金属 所需的功。,脱出电势 U=eU 表面层内外的电势差。,2.接触电势差的产生两种不同金属紧密接触时，在接触处产生的电势差 原因：1）相接触的两种金属中 自由电子的脱出功不同 2）相接触的两种金属内部的 自由电子密度不同,二、温差电动势(thermoelectromotive force),1.温差电现象(
8、Seebeck effect),大小：,2.温差电动势,3.温差电现象应用a.温差温度计：一端固定(冰水)，另一端 进行测温。b.温差发电机：将一端加温，另一端温度 固定，产生电流。c.温差致冷器：一端保持常温，在回路中 通电，使另一端降温。,三、生物电(细胞膜电位)1.能斯脱电位（浓差电位）,Cl-,K+,51 细胞膜内和膜外各离子浓度(moll),K+,Cl-,2.静息电位 由能斯脱方程得：静息状态膜电位膜内电势比膜外电势低89 mV。（实际静息电位膜内电势比膜外电势低 85 mV）,Na+,3.动作电位,4 交流电路(alternating current),一、正弦式交流电,二、仅有电
9、阻的交流电路,1.电流和电压的大小关系,2.电流和电压的位相关系,I=U/R,U,3.结论 1).欧姆定律适用于纯电阻电路；2).纯电阻电路的电压与电流同位相。,三、仅有电容的交流电路,1.电流和电压的大小关系,3.电流和电压的位相关系,U,2.容抗(capacitive reactance),XC1C12f 容抗，是电容器对交流电的阻碍作用，单位同电阻。,4.结论1).欧姆定律适用于纯电容电路中幅值 和有效值 2).纯电容电路的电压位相落后电流90,四、仅有电感的交流电路,1.电流和电压的大小关系,3.电流和电压的位相关系,2.感抗(Inductive reactance),U=LI,I,X
10、LL2f L 感抗，是电感器对交流电的阻碍作用，单位同电阻。,令LXL，则UXL,结论 1).欧姆定律适用于纯电感电路中幅值 和有效值 2).纯电感电路的电压位相超前电流90,五、电阻、电感和电容串联的交流电路,1.电流和电压的大小关系,(串联电路电流相同;总电压不等于分电压代数和，而等于矢量和。),2.电流和电压的位相关系,XLXC，0，电压超前电流，电路呈感性；,XLXC，0，电压滞后电流，电路呈容性；,XLXC，0，电压与电流同位相，电路呈阻性，此时电流最大、阻抗最小。,3.阻抗,Z电路的阻抗，单位同电阻。,4.串联谐振,XLXC，0，电压与电流同位相，电路呈阻性，此时电流最大、阻抗最小Z=R,第五节 电磁波谱,【例2】当K接通后，求（1）ABD支路电流最大值和最小值；（2）作A、B两点电势变化曲线。,【解】（1）,Imax=9/200=0.045A,Imin=0,（2）t=0，uA=uB=4.5V,t=，uA=9V，uB=0,【解】(1)IR110/30033mA,(2)t0,uN10V,t，uN6V,N,【例3】求（1）K接通瞬时，通过R1的电流；（2）充电过程中N点电势变化曲线。,
