1、第三章稳恒电流,主要内容从场的观点来讨论导体中电流的形成。以及电流密度、电动势、全电路的欧姆定律和欧姆定律的微分形式，简单电路和复杂电路等。,第一节,电流强度 电流密度矢量,1.定义：,电流是由大量电荷作有规则的定向运动所形成的。,2.分类：,a.传导电流：,由电子或离子在导体中作定向运动所形成的电流。,金属导体(第一类导体）中的电流是由自由电子作定向运动所形成,b.运流电流：,由带电物体作机械运动(包括电子或离子)所形成的电流。,电解质溶液(第二类导体）中的电流是由正负离子作定向运动所形成,3.电流的方向：,在电场力作用下，正负电荷总是沿相反方向运动；对于电流产生的一些效应(热效应、磁效应等
2、)，正电荷沿某方向的运动与等量的负电荷沿相反方向运动在效果上相同。,稳恒的含义是指物理量不随时间改变,形成电流的条件：,在导体内有可以自由移动的电荷或叫载流子 （如在半导体中载流子有电子或空穴；在金属 中是电子；在电解质溶液中是离子）。,在导体内要维持一个电场，或者说在导体两 端要存在有电势差。,电流的方向:正电荷从高电势向低电势移动的方向。,为了分析问题方便起见，习惯上把电流看作是正电荷的定向流动所形成的。,规定：正电荷流动的方向为电流的方向。,规定正电荷流动 的方向为正方向。,4.电流强度,单位时间内通过任一横截面的电量，表示了电路中电流强弱的物理量。用标量 I 表示。,单位：库仑/秒=安
3、培,国际单位中的基本量。,常用毫安（mA）、微安（A）,标量,注意：电流强度是双向标量。电路中只标正方向。,用电流强度还不能细致地描述电流的分布。,所谓分布不同是指在导 体的不同地方单位面积 中通过的电流不同。,交流电的趋肤效应,电阻法勘探：地球是导体，在地表下形成一定的电流和电位分布，地下水、岩层、矿体的分布会影响到电流场的分布。可以推测地下的地质结构分布情况。,目的：当通过任一截面的电量不均匀时，用电流强度来描述就不够用了，有必要引入一个描述空间不同点电流的大小。,定义：电流密度矢量 的方向为空间某点处正电荷的运动方向,它的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
4、量。,由 计算流经任一面元 的电流强度,单位,所以，通过导体任一截面S的电流强度为：,量纲, 与微观量的关系：,设 n为单位体积内电子密度。 导体在外电场 中，电子在 杂乱无章的热运动上叠加一 个沿场强反方向上的定向漂 移，设漂移速度为 。在 时间内穿过 面的电子数, 即电量为：,铜导线一般 n1028m-3 ，u0.15mm/sec 所以，电流密度大小为 j104 。, 电流的连续性方程,类似于电力线引入电流线来描述由 组成的电流分布，称之为电流场。,曲线上每一点的切线方向就是的方向，曲线的疏密表示它 的大小。,即 电流线的数密度。,根据电荷守恒，在有电流分布的空间做一闭合曲面，单位时间内穿
5、入、穿出该曲面的电量等于曲面内电量变化速率的负值。, 电流稳恒条件,电流密度矢量的通量等于该面内电荷减少的速率.电流的连续性方程。其本质为电荷守恒定律。,电流连续性方程,区别：,静电场,四 静电场与稳恒电场的异同,静止电荷产生,稳恒条件可说为电荷分布不随时间变化 ， 即场不变时达到稳恒稳恒电场。,电荷可以运动(静止和运动电荷共同产生),稳恒电场,导体内E=0,导体内E可以0,不需消耗能量来维持,需消耗能量来维持,相同：,场的分布不随时间变化,均满足高斯定理和安培环路定理,静电场可看成是稳恒电场的特例。, 欧姆定律 ：,R (resistance)电阻，单位 (ohm)欧姆,式中： 为电阻率(r
6、esistivity) 单位,适用于金属导体、电解液,它给出一段电路两端的电压与电流的关系。是实验规律。, 电阻率,量纲,实验表明：化学纯的金属电阻率， 都很有规律地随温度的升高而增大。,为电导率(conductivity) 单位,应用：,电阻率的大小要依具体情况具体考虑,* 电阻温度系数,摄氏温度,温度为零度时的电阻率,标准电阻要选用 小的如康铜等合金。,电阻温度计就是利用电阻与温度的关系制成。,铁Fe的 =4103 1/C0,碳C的 = 5104 1/C0,电阻温度系数,当导线的截面或电阻率不均匀时,电阻定律,铜圆柱半径a，长为l,外面套一个与它共轴且等长的圆筒，内半径为b，在柱和筒之间充
7、满电导率为的均匀导电物质，求柱和筒之间的电阻。, 超导体,在这特定的温度下从正常态变为超导态，这温度叫做转变温度或居里点。,具有超导电性的物体称为超导体（superconductor ),如Hg在4K以下电阻变为零。,迄今为止，已发现28种金属元素以及合金和化合物具 有超导电性。还有一些元素在高压下具有超导电性。 提高超导临界温度是推广应用的重要关键之一。超导 的特性及应用有着广阔的前景。,当温度降到绝对零度很低时，某些金属、合金以及化合物的电阻率会突然降到很小，这种现象称作超导电现象。,从1911年至1986年，超导温度由水银的4.2K 提高到23.22K（0K=-273.15C；K开尔文温
8、标，起点为绝对零度）。1986年1月发现钡镧铜氧化物超导温度是30K，12月30日，又将这一纪录刷新为40.2K，1987年1月升至43K，不久又升至46K和53K，2月15日发现了98K超导体。高温超导体取得了巨大突破，使超导技术走向大规模应用。,超导材料和超导技术有着广阔的应用前景。,超导列车已于70年代成功地进行了载人可行性试验，1987年开始，日本国开始试运行，但经常出现失效现象，出现这种现象可能是由于高速行驶产生的颠簸造成的。超导船已于1992年1月27日下水试航，目前尚未进入实用化阶段。利用超导材料制造交通工具在技术上还存在一定的障碍，但它势必会引发交通工具革命的一次浪潮。,超导材
9、料的发展。,欧姆定律的微分形式,在导体中取一电流管，长为 dl 段， 垂直截面dS,电场均匀：,它给出了空间电场分布与电流分布之间的关系。 不仅适用于稳恒电流，也适用于非稳恒情况， 所以它比欧姆定律更具有深刻的意义。,欧姆定律的 微分形式, 电流的功和功率,电功率,功,稳恒电流的情况下，在相同时间间隔 dt内，通过空间各点的电量 dq相同。电场力对导线A、B内运动电荷做的功等于把电量 dq从A 移到 B所做的功。,电场单位时间做的功。,单位（焦耳/秒）瓦,单位（焦耳）,热功率： 定义为 单位时间消耗的热。,热功率密度:单位体积所消耗的功,当电路中只有电阻元件时， 消耗的电能全部转换为热能。 热
10、功率=电功率。,当电流通过电阻时，由于电子与晶格碰撞使离子振动加剧而温度升高发热的功率。,例题一：一块扇形碳制电极厚为 t，电流从半径为 r1的端面 S1流向半径为 r2的端面 S2，扇形张角为，求：S1 和 S2面之间的电阻。,dr 平行于电流方向，dS 垂直于电流方向。,例题二：有一内半径为Rl，外半径为R2的金属圆柱筒，长度为l，其电阻率为。若圆柱筒内缘的电势高于外缘的电势，且它们的电势差为U时，圆柱体中沿径向的电流为多少?,解法一：计算同轴电缆的电阻,解法二：对半径r的圆柱面来说，由于对称性，圆柱面上各点电流密度j，的大小均相同，各点电流密度的方向均沿径矢向外，因此，通过半径为r的圆柱
11、面S的电流，有:,由欧姆定律的微分形式,在没有外电场时，电子的无轨热运动向任何方向 运动的几率都一样，所以从宏观角度自由电子的 无轨热运动没有定向运动的效果，因此不形成电流。,有外电场时，电子在无轨热 运动的同时，在电场力作用 下逆电场方向运动，叫“漂移 运动”。无轨热运动的平均速 度为0，漂移运动的速度为u。,为两次碰撞之间的平均自由飞行时间,一个平均自由程内的平均速度,平均自由程、平均热运动速度v和平均自由飞行时间的关系,漂移运动 u与-E成正比,金属中取一垂直于电流线的面元 S，u t为高作一柱体。,柱体的体积：,柱体内的自由电子数：,用经典的电子理论解释了欧姆定律,电流的热效应：自由电
12、子在电场力的作用下定向运动形成电流，,铜导线中：,电子飘移运动速率远小于热运动速率,第二节,电源 电动势,一 非静电力,设想有一个已充好电的电容器C,用导线将两极板相联。如图：,在导体两端有一定电势差，沿导线从正极板至负极板产生一电场。,在静电力作用下，导线内的自由电子将沿导线从负极板至正极板作定向运动，即相当正电荷反向移动。因而导线内形成电流i=i(t)。,但随,最终，达到静电平衡整个导体成为一等势体,所以，仅有静电力的作用，只能产生瞬时电流，不可能产生稳恒电流。,即稳恒电流的电流线是闭合曲线；而静电场遵从环路定理：,单靠静电力不可能沿闭合回路移动电荷而始终作正功。,如何才能在导体中维持稳恒
13、的电场(或电势差)及稳恒的电流？,提供非静电力的装置称为电源。,电源外部：只有静电力。 电源内部：有静电力和非静电力。,必须有非静电力,要想在导线中维持恒定电流，必须依靠非静电力将B极板的正电荷抵抗电场力搬到A极板。这种提供非静电力将其它形式的能量转为电能装置称为电源。,恒定电流的形成,电源有两级：正极和负极。非静电力由负极指向正极。,电源外部：静电力作用正电荷从正到负形成电流。 电源内部：非静电力使正电荷从负到正，形成闭合的循环。,电源内部电流从负极板到正极板叫内电路。,电源外部电流从正极板到负极板叫外电路。,从受力方面分析：静电力把正电荷q从电源正极板经外电路送至负极板；内电路一定有非静电
14、力克服静电力将正电荷从负极板搬至正极板。,由外电路内电路构成一个闭合电路叫全电路。,从能量方面分析：非静电力把正电荷从低电位移至高电位，克服静电力作功所消耗能量由电源提供。,所以，电源是一种能源。它将其它形式的能量转化为电能。,如化学电池、硅（硒）太阳能电池，发电机等。,二 电动势,电源内：,正电荷+q通过电源绕闭合电路一周时，静电力、非静电力对正电荷所作的功为：,静电场为保守场,则：,存在 静电力、非静电力,即：,定义电源的电动势：,静电力场强,非静电力场强,将单位正电荷绕闭合电路一周时，非静电力所作的功的大小称为电源电动势。,把单位正电荷从负极板经内电路搬至正极板，电源非静电力做的功电源电
15、动势,注意：, 单位：焦耳/库仑；即：V (伏特), 反映的是非静电力对电荷作功的本领，即电源将其它形式能量转换为电能的本领。其大小仅与电源本身性质有关，与外电路无关。,由于外电路无非静电力场，, 为标量，与电流一样有方向。规定 的方向由负极板经内电路指向正极板，即正电荷运动的方向。目的是为了解决电路问题的方便。,对于处处有非静电力的情形，如发电机、温差电流：,普遍定义式,电源内部也有电阻电源的内阻，用符号r表示,电源接到电路中有两种情况:,放电时电源内部的方向:,充电时电源内部的方向:,路端电压:电源两端的电压。指静电力把单位正电荷从正极移到负极所作的功。,四、 全电路欧姆定律,从图中A出发
16、，绕闭合电路顺时针一周，各部分电势降落总和为0 ；即：,略去导线电阻：, 含有电源的简单闭合电路的欧姆定律,电源的端电压,电源正、负极之间的电势差,全电路欧姆定律,一般,短路,当不能忽略电源内阻时，可把电源等效成一个电动 势为 ，内电阻为零和一个电阻为 的串联。,我们将内阻为0的电源理想电压源，其端电压=；保持不变。,当 I=0 R； 断路, r0,一般电源r较小但0,由稳恒条件和欧姆定律有：,为常数,由高斯定理,均匀导体内的任一闭合曲面内q=0。非均匀导体或不同电导率的分界面上，不是常数,高斯面内电荷不为0 ，所以电荷分布在导体的非均匀处和分界面上。,稳恒情况下的电场来自这些电荷。,在稳恒条
17、件下，电力线和电流线与导体表面平行。,在稳恒条件下电场的作用：,一方面：静电场与非静电力和在一起保证了电流的闭合性。,另一方面：在外电路中，电场决定了电流的分布。欧姆定律的微分形式就说明了这点。,第三节,简单电路,串联电路特点：,在电流计上串联一个电阻可形成伏特表（电压表）,在电流计上并联一个 电阻可形成电流表,安培表的改装,测量的范围很小。,例：电流计的满度电流为：Ig=50uA,rg=1K,改装成量程为10毫安的安培表，那么并联多大的分流电阻？,满刻度时的电流为I,平衡条件,测量准确度：用平衡电桥测量电阻时，误差的来源主要有二方面：（1）检流计不够灵敏带来的误差； （2）其他电阻不够准确引
18、起的误差。因此，从误差的来源看，只要检流计和电阻选得合适，用这种方法测电阻可以有很高的准确度。还可以用电桥来测量电源的电动势。,例题：下图是电位差计的原理图，求待测电池的电动势X。,分析：电位差计是用来准确测量电源电动势的仪器，也可以用它准确地测量电压、电流和电阻。 我们知道直接用伏特计测量电源电动势是不准确的。要准确的测量一个电源的电动势，必须在没有任何电流通过该电源的情况下测定它的路端电压。解决这个问题的办法就是利用补偿法。补偿法的原理见下图（a），当调节电动势0的大小，使检流计的指针不偏转时，得X=0，这时，我们称电路达到平衡，知道了平衡状态下0的大小，就可以测定x,为了得到准确、稳定、
19、便于调节的0，实际中采用电路图（b），供电电源、制流电阻R和电阻AB所组成的回路，叫做辅助回路，它实质上是一个分压器，UAC就是用来代替可调电动势0的。AXGC一段支路叫做补偿回路，它和（a）中的X和G所组成的一段相当，当拨动滑动接触头C，找到一个位置，使G的指针不发生偏转，这时x=UAC=IRAC, I表示流过滑线电阻AB的电流，通常叫做辅助回路的工作电流。 电位差计就是根据上述补偿原理来测定电动势的。要准确的测定电动势x，就要准确测定平衡时AC一段的电阻RAC和辅助回路的工作电流I。,在实际的电位差计中，校准和测量采用的是同一个电路，如图（C）所示，图中S是标准电池，它的电动势是很稳定的，
20、而且准确地已知（镉汞电池的电动势是1.0186伏）。校准时K拨到位置“1”，测量时K拨到位置“2”。,G,A,B,C,R,。,。,。,1,2,K,(c),I,I1,I2,校准时，即把标准电池接入补偿回路。把滑动接头C拔到对应于标准电池电动势熟知的位置上，观察检流计G的指针有无偏转。如果检流计G的指针有偏转，则表明这时工作电流I偏离标定值。,于是，调节制流电阻R,直到检流计G的指针没有偏转，即电流达到平衡。这时，工作电流准确地达到标定值，校准工作就完成了。测量时，即把待测电源接入补偿回路。这时不应再动制流电阻R,而只需拨动滑动接头C，找到平衡位置，就可以从仪器的面板上直接读出待测电动势的数值。总
21、结上面所说，使用电位差计时，总是先校准后测量，不论校准或测量，所根据的都是同样的补偿原理。用电位差计测量电源电动势，要求标准电阻的阻值和标准电池的电动势都很准确，如果再选用高灵敏度的检流计，那么测量结果就可以有很高的准确度。,非平衡电桥的作用：电阻温度计测量温度、用于自动控制系统。,自动化的生产和实验中常需要对某些条件和因素 进行自动控制，利用一些转换元件（压力传感器） 可以将这些条件和因素转换成电阻值，当条件和 因素变化时，引起相应的电阻变化，从而通过非 平衡电桥引起桥路中电流的变化，将此电流放大 并用以控制机构，可以控制实验中的。,被测量等于零时，电桥平衡,G 和 H指向零。,被测量变化时
22、，电桥失去平衡,调节H,改变R5的 值，电桥平衡， H的标度与桥臂电阻成正比，所以H的值可以直接表达被测量的数值。,零位测量法,Rx 变化,自动控制系统的组成,给定环节：产生给定的输入信号。 反馈环节：对系统输出（被控制量）进行测量，将它转换成反馈信号。 比较环节：将给定的输入信号和反馈信号加以比较，产生“误差”信号。 控制器（调节器）：根据误差信号，按一定规律产生相应的控制指令。 放大环节：将控制信号进行功率放大。 执行环节（执行机构）：接受控制器来的信息并对被控对象施加控制作用，如电动机。 被控对象：控制系统所要控制的设备或生产过程，它的输出就是被控量。,若用伺服电动机来调整电位器的位置，
23、即可 实现自动测量。,实际中，往往使用交流电，交流电桥。 在电桥中有电容 和电感。,用于动态应变仪中的具有电阻、电容平衡的交流电阻电桥。C2是一个差动可变电容器，当电容平衡旋钮变化时，相关的桥臂的电容变化，实现平衡。,第四节,复杂电路,支路：电源和电阻串联而成的通路。,支路中电流处处相等。,节点：三条或更多条支路的联结点。,回路：几条支路形成的闭合通路。,基尔霍夫方程组。,一、基尔霍夫方程组：,设网络中有 P 条支路，所有的 ,Ri 和 r内i 均为已知。求 P 个待求的 I 。,基尔 霍夫第一方程组 (节点方程组) (K1):,每个节点,流进任一节点的电流强度之和与流出节点的电流强度之和相等
24、。流出为正，流入为负。电流方向先任意选取，最后由计算结果之正负确定与选择方向一致或相反。,N个节点共有 N-1 独立的 K1 方程。,沿回路 环绕一周,电位降落的代数和等于零或电位的升高等于电位的降低。,具体求解时，首先要规定电流和回路的方向。 沿电流方向，电位降落为正；对于电源，从正极到负极，电位降落为正。,参考方向,1、,UA-UB=?,电流与巡视方向相同时，电阻上电势差为正。,当电动势方向与巡视方向相同时，取负号。,RAC=0时，电流最大。,RAC最大时，电路中的电流应不大于50mA,例题：,电压源：可以等效为内阻为0的理想电压源和r的串联。 理想电压源提供的电压不随外电路的变化而变化，
25、恒压源。,理想电源提供的电流I0不随外电路的变化而变化，恒流源。 实际电源可以看成恒流源和电阻的并联,电流源。,电流源和电压源可以等效，对外电路产生 的电压和电流相同。,等效电压源定理（戴维宁定理）两端有源网络可以等效成一个电压源，其电动势等于网络的开路电压，内阻等于从网络两端看除源网络的电阻。,求I2,等效电流源定理（诺尔顿定理）两端有源网络可以等效成一个电流源，其电流源的电流I0等于网络两端短路时流经两端点的电流，内阻等于从网络两端看除源网络的电阻。,求I3,表述：若电路中有多个电源，则通过电路中任一支路的电流等于各个电源单独存在时在该支路产生的电路之和。,其他电源：电压源短路，电流源开路
26、。,电源1单独存在时：,电源2单独存在时：,注意：,稳恒电路的应用,二、玻耳贴效应,三、温差电效应,四、电子发射和气体导电,控温,热电偶,霓虹灯,查资料，写一篇文章,五、 温差电现象,焦耳热与电流的方向无关。,在一定条件下，存在可逆过程。当电流沿某一方向时，放热；反方向时，吸热。,说明存在与热现象有关的非静电力，叫热电动势。,汤姆孙效应，玻耳贴效应,汤姆孙效应，汤姆孙热。由温度不均匀产生的热扩散。,汤姆孙电动势。,玻耳贴效应，玻耳贴热。由于密度不同，产生的扩散。,玻耳贴电动势。,塞贝克电动势，温差电动势。,顾名思义，温差电是研究温差和电之间关系的科学，它是一门古老而又年轻的学科。 1、1821
27、年德国，塞贝克首先发现了温差电的第一个效应，这一效应成为了温差发电的技术基础。 2、1834年法国，珀尔帖发现的，它是塞贝克效应的逆效应两种不同的金属构成闭合回路，当回路中存在直流电流时，两个接头之间将产生温差。 3、1845年汤姆逊发现了温差电的第三个效应，后来人们称它为汤姆逊效应。,温差电现象发现后将近一个世纪，并未得到实际应用，原因是金属的温差电效应非常微弱。温差电技术的真正复兴可以认为从二十世纪30年代开始。杰出的苏联物理学家约飞最早提出采用半导体材料作为温差电换能材料，特别是首先提出的固熔体合金的概念，为温差电技术的实际应用奠定了理论与技术基础。,温差电技术分为温差发电和温差致冷两大
28、分支。 1942年前苏联最早制成了用火焰加热的温差发电器，效率为1.52。之后，一些特殊领域对电源的需求大大刺激了温差发电器的研制工作，二十世纪60年代初就有一批温差发电器成功地用于空间、地面和海洋。温差发电器效率较低，一般不大于8，因此其应用范围受到一定限制。但近年来，随着技术的不断进步，温差发电器已逐渐得到广泛应用，不仅在军事、航天领域，而且在民用方面也表现出良好的应用前景。,前苏联的俄罗斯、乌克兰等国家在温差发电和温差致冷方面进行了最广泛的研究。随着这些国家政治、经济形势的变革，他们的科研成果正从航天、军事领域逐渐转化到市场需求方面。美国也是温差电技术的强国，而且该技术领域得到美国政府和
29、军方的支持。 目前，我国已经成为世界上温差电产品生产规模最大的国家之一，产品的技术性能也接近国际先进水平。可以相信，温差电技术必将得到更加广泛的应用。中国电子报2001.08.31,一、温差电偶温差电偶也叫热电偶，是最早出现的一种热电探测器件。其工作原理是温差电效应。,温度测量：,用两块不同的导体联接成电偶，并接上直流电源，当电偶上流过电流时，会发生能量转移现象，一个接头处放出热量变热，另一个接头处吸收热量变冷，这种现象称作珀尔帖效应。,直到上世纪90年代，原苏联科学家约飞的研究表明， 以碲化铋为基的化合物是最好的热电半导体材料，从而 出现了实用的半导体电子致冷元件热电致冷器 （Thermo
30、Electric cooling，简称TEC ）。,TEC基本工作过程：当一块N型半导体和一块P型半导体结成电偶时，只要在这个电偶回路中接入一个直流电源，电偶上就会流过电流，发生能量转移，在一个接点上放热（或吸热），在另一个接点上相反地吸热（或放热）。,帕尔帖模块也称作热泵（heat pumps），它既可以用于 致热，也可以致冷。半导体致冷片就是一个热传递工具，只要热端（被冷却物体）的温度高于某温度，半导体制冷器便开始发挥作用，使得冷热两端的温度逐渐均衡，从而起到致冷作用。,优势：（1）可以把温度降至室温以下；（2）精确温控（使用闭环温控电路，精度可达0.1）；（3）高可靠性（致冷组件为固体器
31、件，无运动部件，寿命超过20万小时，失效率低）；（4）没有工作噪音。,六、 电子发射和气体导电,脱出功：金属中的自由电子作热运动。金属表面存在一种力阻碍电子逃脱出去；电子从金属中挣脱出来，必须克服阻力所做的功。,单位：电子伏特。 1eV=1.602*10-19J,钼：4.15-4.44eV; 钨：4.35-4.65eV; 钨(表面铯)：0.71eV,电子发射：热电子发射，二次电子发射，场致发射，光电发射。,热电子发射,又称爱迪生效应. 爱迪生1883年发现的。在室温下,只有极少量电子的动能超过逸出功,从金 属表面逸出的电子微乎其微.一般当金属温度上升到 1000以上时,动能超过逸出功的电了数目
32、争剧增多, 大量电子由金属中逸出,这就是热电子发射.许多电真空器件的阴极是靠热电子发射工作的 。,1928年诺贝尔物理学奖授予英国伦敦大学的O.W.里查森(Sir Owen Willans Richardson ,1879-1959) , 以表彰他对热电子发射现象的工作。,电压较小时，电子堆积在阴极附近，形成空间电荷区。部分电子返回阴极。电流较小； 随着电压的增大，电子速度增大，到达A极的电子数增大，电流增大。 电压足够大的时候，单位时间发射的电子全部到达阳极，电流达到饱和。,电子管是一种在气密性封闭容器（一般为玻璃管）中产生电流传导，利用电场对真空中的电子流的作用以获得信号放大或振荡的电子器
33、件。早期应用于电视机、收音机扩音机等电子产品中，近年来逐渐被晶体管和集成电路所取代，但目前在一些高保真音响器材中，仍然使用电子管作为音频功率放大器件。,电子管的发明简介1904年，世界上第一只电子管在英国物理学家弗莱明的手下诞生了。弗莱明为此获得了这项发明的专利权。人类第一只电子管的诞生，标志着世界从此进入了电子时代。 爱迪生这位举世闻名的大发明家，在研究白炽灯的寿命时，在灯泡的碳丝附近焊上一小块金属片。结果，他发现了一个奇怪的现象：金属片虽然没有与灯丝接触，但如果在它们之间加上电压，灯丝就会产生一股电流，趋向附近的金属片。这股神秘的电流是从哪里来的？爱迪生也无法解释，但他不失时机地将这一发明
34、注册了专利，并称之为“爱迪生效应”。后来，有人证明电流的产生是因为炽热的金属能向周围发射电子造成的。但最先预见到这一效应具有实用价值的，则是英国物理学家和电气工程师弗莱明。,电子管的基本参数 1.灯丝电压：V； 2.灯丝电流：mA； 3.阳极电压：V； 4.阳极电流：mA； 5.栅极电压：V； 6.栅极电流：mA；,电子管的优缺点电子管体积大、功耗大、发热厉害、寿命短、电源利用效率低、结构脆弱而且需要高压电源的缺点，已经基本被固体器件晶体管所取代。但是电子管负载能力强，线性性能优于晶体管，在高频大功率领域的工作特性要比晶体管更好，所以仍然在一些地方（如大功率无线电发射设备）继续发挥着不可替代的
35、作用。,光电发射,1921年诺贝尔物理学奖授予德国柏林马克斯普朗克物理研究所的爱因斯坦(Allbert Einstein ,1879-1955),以表彰他在理论物理学上的发现,特别是发现了光电效应的定律.,一般情况下，气体中的自由电荷极少，是良好的绝缘体；在特殊条件下，气体分子发生了电离，便可以导电，成为气体导电。分为：被激导电和自激导电。,可以利用紫外线、放射性或其他方式，使之电离。电离剂。,CD段为： 自持导电。,辉光放电 弧光放电，火花放电。,低压气体中显示辉光的气体放电(空气中的电子 1000对/cm3,）现象，稀薄气体中的自激导电现象。在 置有板状电极的玻璃管内充入低压（约几毫米汞柱
36、） 气体或蒸气，当两极间电压较高（约1000伏）时，稀薄 气体中的残余正离子在电场中加速，有足够的动能轰击 阴极，产生二次电子，经簇射过程产生更多的带电粒子， 使气体导电。辉光放电的特征是电流强度较小（约几毫 安），温度不高，故电管内有特殊的亮区和暗区，呈现 瑰丽的发光现象。,辉光放电,辉光放电的主要应用是利用其发光效应 （如霓虹灯、日光灯）,霓虹灯,霓虹灯是城市的美容师，每当夜幕降临时，华灯初上， 五颜六色的霓虹灯就把城市装扮得格外美丽。那么，霓 虹灯是怎样发明的呢？,霓虹灯是英国化学家拉姆赛在一次实验中偶然发现的。那是1898年6月的一个夜晚，拉姆赛和他的助手正在实验室里进行实验，目的是检
37、查一种稀有气体是否导电。 拉姆赛把一种稀有气体注射在真空玻璃管里，然后把封闭在真空玻璃管中的两个金属电极连接在高压电源上，聚精会神地观察这种气体能否导电。 突然，一个意外的现象发生了：注入真空管的稀有气体不但开始导电，而且还发出了极其美丽的红光。这种神奇的红光使拉姆赛和他的助手惊喜不已，他们打开了霓虹世界的大门。 （氖）,拉姆赛把这种能够导电并且发出红色光的稀有气体命名为氖气。后来，他继续对其他一些气体导电和发出有色光的特性进行实验，相继发现了氙气能发出白色光，氩气能发出蓝色光，氦气能发出黄色光，氪气能发出深蓝色光不同的气体能发出不同的色光，五颜六色，犹如天空美丽的彩虹。霓虹灯也由此得名。,特
38、点：一、高效率 。二、温度低，使用不受气候限制。三、低能耗。四、寿命长。五、制作灵活，色彩多样 。六、动感强，效果佳，经济实用,霓虹灯的颜色与内充气体,日光灯,弧光放电的定义：呈现弧状白光并产生高温的气体放电现象。无论在稀薄气体、金属蒸气或大气中，当电源功率较大，能提供足够大的电流（几安到几十安），使气体击穿，发出强烈光辉，产生高温（几千到上万度），这种气体自持放电的形式就是弧光放电。,高温热发射弧光放电。,通常产生弧光放电的方法是使两电极接触后随即分开，因短路发热，使阴极表面温度陡增，产生热电子发射 。热电子发射使碰撞电离及阴极的二次电子发射急剧增加，从而使两极间的气体具有良好的导电性。弧光
39、放电的特征是电压不高，电流增大的两极间电压反而下降，有强烈光辉。,弧光放电应用广泛。可用作强光光源，在光谱分析中用作激发元素光谱的光源，在工业上用于冶炼、焊接和高熔点金属的切割，在医学上用作紫外线源（汞弧灯），等等。但是大电流电路开关断开时产生的弧火极其有害，应采取灭弧措施。,火花放电,高电压电极间的气体被击穿，出现闪光和爆裂声的气体放电现象。在通常气压下，当在曲率不太大的冷电极间加高电压时，若电源供给的功率不太大，就会出现火花放电，火花放电时，碰撞电离并不发生在电极间的整个区域内，只是沿着狭窄曲折的发光通道进行，并伴随爆裂声。,由于气体击穿后突然由绝缘体变为良导体，电流猛增，而电源功率不够，因此电压下降，放电暂时熄灭，待电压恢复再次放电。所以火花放电具有间隙性。雷电就是自然界中大规模的火花放电。,1. 深埋球形接地器,解：深埋接地器可不考虑地面影响,其电流场可与无限大区域 的孤立圆球的电流场相似。,接地电阻,图2.5.3深埋球形接地器,直接用电流场的计算方法,在电力系统的接地体附近，要注意危险区。,跨步电压,半球形接地器的危险区,以浅埋半球接地器为例,接地器接地电阻,浅埋半球形接地器,图2.5.6 浅埋半球形接地器,屏蔽室接地电阻（深度20米）,高压大厅网状接地电阻（深度1米）,
