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
2、负极的装置.,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力
3、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： 大
4、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=1mm
5、2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数
6、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
7、流传导速率等于光速，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,
